一种有源压电式喉头送话器组

一种有源压电式喉头送话器组 ‰—a—扬声器与传声器 一 种有源压电式喉头送话器组?产品分析? 杨爱民 (陕西烽火集团电声器材厂,陕西宝鸡721006) 1概述 目前通信采用的碳粒式喉头送话器组(也叫碳 晶喉头)是利用碳砂"受压变阻"特性铷成的一种有 源声电换能器件,已有四,五十年的历史.多年使用 表明,该送话器组灵敏度高,带负载能力强,但频响 动态范围小,非线性畸变大,环境 差,固有噪声大, 适应性差,使用寿命短及稳定性差.而现在大量采 用的压电式喉头送话器是利用压电陶瓷"正压电效 应"特性制成的一种无源声电换能器件.应用表明, 该器件灵敏度较低,但频响好,信噪比高,固有噪声 低,非线性失真小,环境适应性强,使用寿命长,稳 定性好,同时还具有抗电磁干扰和耐原子核辐射等 优点.随着现代半导体和集成电路技术的飞速发 展,可以采用电子贴片器件(SMC或sMD)设计合理 的电路来提高压电式喉头送话器的灵敏度,并改善 其频响及负载特性使之与整机匹配.也就是说用电 子线路加上压电器件制成有源压电式喉头送话器 组来替代碳晶喉头是可以实现的. 2碳粒式喉头送话器组的工作原理 及特性 这种送话器组主要由碳粒式喉头进话器,安装 皮套,连接电缆及插头等部分组成碳粒式喉头送 话器是依靠人在发出语音时咽喉肌肉的机械振动 迫使整个送话器随之振动,借送话器内两个振动部 分(前电极和后电极)的惯性作用(两个振动部分的 惯性是不同的)使前后电极间产生相对位移,从而 使电极间的碳砂受到压缩或驰展形成极间电阻的 变化,在加上直流电时形成与语音振动相呼应的电 流,从而实现机电转换. 由于碳砂电阻较小,故该送话器工作时的输出 电流及输出信号幅度均较大.即具有一定的带负载 能力. 该进话器的特性主要取决于它的主要原 料——"碳砂".碳砂是由一种高级无烟煤经过磨碎 分筛,水洗,焙烘及高温焙烧等十余项工艺过程精 炼出来的质坚乌黑色颗粒结晶体,它具有"受压变 阻"的独有电特性碳砂晶体受力与电阻和受力与 弹性的关系是非线性的(只是接近线性),用它制成 的送话器在使用中就存在着振幅的畸变,从而导致 语音信号非线性失真在静态时,碳砂晶体颗粒本 身具有热运动,颗粒问发生磨擦,还会引起大的固 有噪声(杂音).碳砂受潮或浸水后电阻会发生变 化,温度变化也能引起电阻变化(高温时晶体颗粒 的热运动加剧)从而导致送话器灵敏度和阻抗发生 变化,也就是说它的环境适应性能很差.在实际使 用中因瞬间电流过大等因素还会引起碳砂晶体颗 粒起火花而使碳砂老化,环境条件(湿度,温度等因 素)变化也易引起碳砂老化,从而缩短了送话器的 寿命 这类送话器还具有使用方向性即倾斜角特性. 相对地球来说,送话器朝向不同,它的传输特性也 不同.由于碳砂本身是流动性物质,在重力作用下 总是由高势流向低势,这样就造成了碳砂与前后电 极间的接触电阻发生变化,从而改变进话器的灵敏 度和阻抗,同时频率响应特性也会发生变化,所以 该1顷斜角特性也是造成进话器稳定性差(声音忽大 忽小),通话清晰度差及易引起固有噪声的原因 由于人类咽喉的频率特性是低频(1000Hz以 下)输出大,而高频(1000Hz以上)衰减很大,为补 偿这一特性,人们对这种送话器曾做过大量的实 验,希望通过提升高频幅度来改善通话清晰度,但 效果甚微.实际上通话清晰度要比一般常用送话器 降低30%,50%. 3压电武喉头送话器的工作原理及 特性 这种送话器是依靠人在发出语音时咽喉肌肉 的机械振动迫使整个喉头送话器随之振动,从而使 送话器内极化了的压电陶瓷片受到机械振动产生 《电声技术}2001年第12期总第198期o 扬声器与传声器—加鑫一 应变,两极问便产牛与语音振动相呼应的电动势, 实现了机电转换 该送话器的核心材料采用的是二元系钙钛矿 型压电陶瓷.它的主要成分是改性的锆钛酸铅 (PlI—ZrOz-TiO),简称PZT.它的机电耦合系数 p大,介电常数s大,电容温度变化率AC/C低.谐 振频率温度系数小.机械品质因素p高,介电 损耗因子tg6小.并具有良好的"弹性"和"铁电性". 采用良好的工艺对PZT进行人工老化处理使 其在短时间内达到较稳定的状态.即它具有良好的 时间稳定性(譬如对PZT一5瓷料在150屯老化4h. 在4天后谐振频率变化稳定在千分之一).因此用 它做成的送话器使用寿命长,稳定性好..运用现代 较先进的工艺设备和工艺条件.通过对PZT进行改 性(掺人添加物),再进行人工老化,可以获得良好 的温度稳定性.从而增强了送话器的环境适应性 PZT同其他弹性体一样也遵守库克定律:"在弹 性限度内,应力与应变成正比",即语言振动和感应 电动势为线性关系,用其做成的送话器非线性失真 非常小. PZT还必须经过极化才具有压电性能(目前生 产上极化的一般条件为:电场3—5kV/mm,温度 100oC一15&C,热油时间1O一20min或冷油时间5 min).再经过热压工艺可以提高其密度并能保证其 因此温度变化时晶体颗粒的 化学成分不变且均匀, 热运动降低.做成的送话器固有噪声很小 4有源压电式喉头送话器组的工作 原理及特性 有源压电式喉头送话器组主要由压电式喉头 送话器,贴片电子线路膜块(SMIC),安装皮喜,连接 电缆及插头等部分组成 运用现代电子工艺——元器件表面贴装技术 (SMT).设计出体积很小的贴片电子线路膜块 (SMiC)对压电式喉头送话器的输出幅度进行有源 放大和噪声抑制,通过调整SMC的参数改变其负载 特性(输出阻抗和频率响应特性),使之与通信设备 (整机)相匹配在结构设计上把压电式喉头送话器 jSMIC"合二为一",使体积和重量与碳粒式喉头送 话器相当(甚至做的更小更轻).这样制作的有源压 电式喉头送话器组不但信噪比高,同有噪声低,非 线性失真小,环境适【性强,稳定性好,而且灵敏度 高(根据整机需求可凋整),输出阻抗及频率响应特 性可调,从而大大提高了通信语言的可懂度(通话 清晰度)笔者近期试制了4副样品,经过对比测 试,它的主要技术指标大大优于碳粒式喉头送话器 组,在机内通话器和机载电台上做实际通话试验敬 果非常明显. 5结论 通过以上理论分析及样品试验结果,笔者认为 用PZT材料和SMIC制成有源压电式喉头送话器组 在通信中取代碳粒式喉头送话器组是完全可行的. 也是非常必要的 [参考文献】 叶支碧,王裕斌压电陶瓷北京:国防工业出 :1]林声和. 版社.1980 [2]电声元件浅说陕西:国营第四三八零厂.1973 [收稿日期】2001-09—25 . S0NY公司新近推出新型MP3随身听 SONY公司新近推出的新型MP3播放机型号NW—E8P.陵机町通过耳机背后的 控制钮做歌曲的前后搜索,无须单配遥控 器.尽管这种设计限定了用户只能用SONY的耳机,但其体积很小,外形美观,只需 一节AAA电池便可连续播放7个小时,这 对用户十分的方便. 法国Cirpack公司提供应用5级软交换VoDSL解决 法国Cirpack公司率先向市场推出的5级软交换与VoDSL(数字线路话音传输)技 术完全相容. 使用DSL传送话音的服务必定能为现有的和末来的通信服务营运商带来盈利,首先是因为VoDSL以分组宽频网络为基 础,所以能够更好地利用基础设施.另外.话音和数据的融合,好可提供各种新的增值服务.因此,VoDSL具有服务种类多和降 低成本等两大优点: 在TDM结构网络中,可用G16M话音网关实现VoDSL.对已经具有TDM电路交换基础设施的通信服务营运商,Gl6M嘲 关使传统的TDM5级链路连接到TDM交换,并将VoDSL分组交换为TDM电路.通信服务营运商现在只要投资F5级交换 上,即可同时提供完善的使用DSL线路的话音和数据融合服务. o《电声技术}2oo~年第12期总第198期