發聲裝置設計原理

A. 喇叭和蜂鳴器的區別（全面的）

一、發聲原理上的區別

1、喇叭

喇叭其實是一種電能轉換成聲音的一種轉換設備，當不同的電子能量傳至線圈時，線圈產生一種能量與磁鐵的磁場互動，這種互動造成紙盤振動，因為電子能量隨時變化，喇叭的線圈會往前或往後運動，因此喇叭的紙盤就會跟著運動，這此動作使空氣的疏密程度產生變化而產生聲音。

2、蜂鳴器

蜂鳴器的發聲原理由振動裝置和諧振裝置組成，而蜂鳴器又分為無源激型與有源自激型。無源激型蜂鳴器的工作發聲原理是：方波信號輸入諧振裝置轉換為聲音信號輸出。有源自激型蜂鳴器的工作發聲原理是：直流電源輸入經過振盪系統的放大取樣電路在諧振裝置作用下產生聲音信號。

二、發聲方式上的區別

1、喇叭

動圈式

基本原理來自佛萊明左手定律，把一條有電流的導線與磁力線垂直的放進磁鐵南北極間，導線就會受磁力線與電流兩者的互相作用而移動，在把一片振膜依附在這根道線上，隨著電流變化振膜就產生前後的運動。百分之九十以上的錐盆單體都是動圈式的設計。

電磁式

在一個U型的磁鐵的中間架設可移動斬鐵片（電樞），當電流流經線圈時電樞會受磁化與磁鐵產生吸斥現象，並同時帶動振膜運動。這種設計成本低廉但效果不佳，所以多用在電話筒與小型耳機上。

電感式

與電磁式原理相近，不過電樞加倍，而磁鐵上的兩個音圈並不對稱，當訊號電流通過時兩個電樞為了不同的磁通量會互相推擠而運動。與電磁是不同處是電感是可以再生較低的頻率，不過效率卻非常的低。

靜電式

基本原理是庫倫（Coulomb）定律，通常是以塑膠質的膜片加上鋁等電感性材料真空汽化處理，兩個膜片面對面擺放，當其中一片加上正電流高壓時另一片就會感應出小電流，藉由彼此互相的吸引排斥作用推動空氣就能發出聲音。

靜電單體由於質量輕且振動分散小，所以很容易得到清澈透明的中高音，對低音動力有未逮，而且它的效率不高，使用直流電原又容易聚集灰塵。

平面式

最早由日本SONY開發出來的設計，音圈設計仍是動圈式為主題，不過將錐盆振膜改成蜂巢結構的平面振膜，因為少人空洞效應，特性較佳，但效率也偏低。

絲帶式

沒有傳統的音圈設計，振膜是以非常薄的金屬製成，電流直接流進道體使其振動發音。由於它的振膜就是音圈，所以質量非常輕，瞬態響應極佳，高頻響應也很好。

不過絲帶式喇叭的效率和低阻抗對擴大機一直是很大的挑戰，Apogee可為代表。另一種方式是有音圈的，但把音圈直接印刷在塑膠薄片上，這樣可以解決部分低阻抗的問題，Magnepang此類設計的佼佼者。

號角式

振膜推動位於號筒底部的空氣而工作，因為聲音傳送時未被擴散所以效率非常高，但由於號角的形狀與長度都會影響音色，要重播低頻也不太容易，現在大多用在巨型PA系統或高音單體上，美國Klipsch就是老字型大小的號角喇叭生產商。

2、蜂鳴器

（1） PWM 輸出口直接驅動蜂鳴器方式

由於PWM 只控制固定頻率的蜂鳴器，所以可以在程序的系統初始化時就對PWM 的輸出波形進行設置。

首先根據SH69P43 的PWM 輸出的周期寬度是10 位數據來選擇PWM 時鍾。系統使用4MHz 的晶振作為主振盪器，一個tosc 的時間就是0.25μs，

若是將PWM 的時鍾設置為tosc 的話， 則蜂鳴器要求的波形周期500μs 的計數值為500μs/0.25μs=（2000）10=（7D0）16，7D0H 為11 位的數據，而SH69P43 的PWM

輸出周期寬度只是10 位數據，所以選擇PWM 的時鍾為tosc 是不能實現蜂鳴器所要的驅動波形的。

這里我們將PWM 的時鍾設置為4tosc，這樣一個PWM 的時鍾周期就是1μs 了，由此可以算出500μs 對應的計數值為500μs/1μs=（500）10=（1F4）16，即分別在周期寄存器的高2 位、中4 位和低4 位三個寄存器中填入1、F 和4，就完成了對輸出周期的設置。

再來設置占空比寄存器，在PWM 輸出中占空比的實現是

通過設定一個周期內電平的寬度來實現的。當輸出模式選擇為普通模式時，占空比寄存器是用來設置高電平的寬度。250μs 的寬度計數值為250μs/1μs=（250）10=（0FA）16。

只需要在占空比寄存器的高2 位、中4 位和低4 位中分別填入0、F 和A 就可以完成對占空比的設置了，設置占空比為1/2ty。

以後只需要打開PWM 輸出，PWM 輸出口自然就能輸出頻率為2000Hz、占空比為1/2ty 的方波。

（2） I/O 口定時翻轉電平驅動蜂鳴器方式

使用I/O 口定時翻轉電平驅動蜂鳴器方式的設置比較簡單，只需要對波形分析一下。由於驅動的信號剛好為周期500μs，占空比為1/2ty 的方波，只需要每250μs 進行一次電平翻轉，就可以得到驅動蜂鳴器的方波信號。

在程序上，可以使用TIMER0 來定時，將TIMER0 的預分頻設置為/1，選擇TIMER0 的始終為系統時鍾(主振盪器時鍾/4)，在TIMER0 的載入/計數寄存器的高4 位和低4 位分別寫入00H 和06H，就能將TIMER0 的中斷設置為250μs。

當需要I/O 口驅動的蜂鳴器鳴叫時，只需要在進入TIMER0 中斷的時候對該I/O 口的電平進行翻轉一次，直到蜂鳴器不需要鳴叫的時候，將I/O 口的電平設置為低電平即可。不鳴叫時將I/O 口的輸出電平設置為低電平是為了防止漏電。

三、產生故障原因上的區別

1、喇叭

1、長時間超負荷驅動喇叭，喇叭會因為過熱而把喇叭燒壞，因為線圈的溫度升高，使某些結構部分產生熔化，破裂或燒毀，正常使用下線圈的溫度就有180攝氏度，不正常使用之下就可想而知了！

2、機械式故障，超負荷的驅動喇叭使得紙盤移動超出范圍並和線圈分離，或線圈和線圈座分離，紙盤折邊或喇叭支撐圈被扯破，以上任一種情形一旦發生，都可以使喇叭發生故障。

當折邊或支撐圈被扯破，線圈將會和它們磨擦，因為紙盤組件已不能適當地在中心位置懸吊，小的破裂也許剛開始感覺不出來，但是經過一段時間，當裂縫變大時，喇叭就會跟著壞了。

3、喇叭的故障也可能是以上兩種方式的結合，比如功放突然輸出一個很大的瞬間能量，這個能量可以是聲音突然開大，喇叭就會有一個強烈的振動，使得線圈脫離了磁力間隙，當它回去的時候可能偏心失誤就無法回到原位，

這樣將使整個機械的動作被紙盤帶向前方，偏離原始停留的位置，結果紙盤已經不能發出聲音，但是能量還繼續傳送的喇叭的線圈上，線圈雙離開了磁力間隙，因為磁力間隙是線圈最好的散熱環境，

但線圈已離開磁力間隙，那麼線圈在繼續接收來自功放的信號時，線圈很快就會發熱導致燒毀線圈。

2、蜂鳴器

蜂鳴器是不能用做礦石收音機的，因為，蜂鳴器內部有一個振盪電路，通上電源後就會驅動內部的一個微型喇叭發出蜂鳴聲。蜂鳴器可不是一個單純的小喇叭。

另外，蜂鳴器有兩種。一種是，內部自帶振盪器的；一種是，需要外接一個振盪器的，也就是一個普通的微型喇叭。對於不帶振盪器的那種，也是不能用的，因為它的電阻一般為32歐姆左右，也有8歐或16歐的。這些都屬於低阻抗的，所以不能用。

如果沒有高阻耳機，也可以用一個電源變壓器，一般為6V或12V的那種電源變壓器，功率選用3到5W左右的那種，因為那種變壓器的初級線徑很細，圈數也多，阻抗也很大。

目的就是為了使負載獲得良好的阻抗匹配，使負載獲得最大功率。使用方法是這樣的：把變壓器的初級（接220V的那個繞組）接到原來要接高阻耳機的那個地方；次級接你的普通耳機就可以了。

B. 物理老師是如何運用紙杯留聲機留聲的呢

物理老師是通過留聲機原理，作用紙杯製作了簡易的留聲裝置。

相信大家最近也刷到過這條新聞，一名江西贛州某中學的物理老師朱向陽用紙杯留聲機成功留聲走紅網路。

這是一個很有趣的聲現象實驗，雖然留聲機早已有了，現在也已被淘汰，利用簡易器材製作成具備錄音、放音的有趣功能，作為科普特別是科學教學的實驗素材，就是通過實驗來培養學生的思想創新意識和動手實踐能力。

朱老師表示，這個實驗並非是新發明，留聲機的原理很早之前就已經被發明，將它做出來主要供教學，並且老師表示“紙杯留聲機”是朋友設計的，拿來給他做實驗研究教學。而“紙杯留聲機”之所以在留聲機原理上又製造，是為了讓學生和大眾知道要有創新、發明意識。

C. 迷你警報器原理是什麼

迷你警報器的原理是基於聲學和電子學技術的結合。

詳細解釋：

1. 聲學原理：迷你警報器的核心是一個小型的發聲裝置，它能產生高強度的聲音。當觸發警報器時，這個發聲裝置會振動，從而產生聲波。聲波的頻率和強度可以根據需要進行調整，以達到警報的效果。

2. 電子學原理：迷你警報器內部包含電子電路，這些電路可以控制發聲裝置的振動。通常，這些電路包含觸發機制和聲音生成器。觸發機制可以根據預設條件或外部信號來激活警報器。聲音生成器則負責控制發聲裝置的頻率和強度。

3. 電源供應：迷你警報器通常需要電源來運行。這可能是電池、太陽能板或其他形式的電源。電源為電子電路提供所需的能量，使其能夠正常工作並觸發發聲裝置。

4. 設計與製造：迷你警報器的設計和製造過程非常精細。由於它的尺寸小巧，設計師和製造商必須確保每個部件的功能和性能達到最佳狀態。此外，為了增強其可靠性和耐用性，這些設備通常會經過嚴格的質量控制和測試。

總的來說，迷你警報器通過結合聲學和電子學技術，實現了一種及時發出警報的功能。其小巧的尺寸和高性能使其在許多場合都能發揮重要作用。