发声装置设计原理

A. 喇叭和蜂鸣器的区别（全面的）

一、发声原理上的区别

1、喇叭

喇叭其实是一种电能转换成声音的一种转换设备，当不同的电子能量传至线圈时，线圈产生一种能量与磁铁的磁场互动，这种互动造成纸盘振动，因为电子能量随时变化，喇叭的线圈会往前或往后运动，因此喇叭的纸盘就会跟着运动，这此动作使空气的疏密程度产生变化而产生声音。

2、蜂鸣器

蜂鸣器的发声原理由振动装置和谐振装置组成，而蜂鸣器又分为无源激型与有源自激型。无源激型蜂鸣器的工作发声原理是：方波信号输入谐振装置转换为声音信号输出。有源自激型蜂鸣器的工作发声原理是：直流电源输入经过振荡系统的放大取样电路在谐振装置作用下产生声音信号。

二、发声方式上的区别

1、喇叭

动圈式

基本原理来自佛莱明左手定律，把一条有电流的导线与磁力线垂直的放进磁铁南北极间，导线就会受磁力线与电流两者的互相作用而移动，在把一片振膜依附在这根道线上，随著电流变化振膜就产生前后的运动。百分之九十以上的锥盆单体都是动圈式的设计。

电磁式

在一个U型的磁铁的中间架设可移动斩铁片（电枢），当电流流经线圈时电枢会受磁化与磁铁产生吸斥现象，并同时带动振膜运动。这种设计成本低廉但效果不佳，所以多用在电话筒与小型耳机上。

电感式

与电磁式原理相近，不过电枢加倍，而磁铁上的两个音圈并不对称，当讯号电流通过时两个电枢为了不同的磁通量会互相推挤而运动。与电磁是不同处是电感是可以再生较低的频率，不过效率却非常的低。

静电式

基本原理是库伦（Coulomb）定律，通常是以塑胶质的膜片加上铝等电感性材料真空汽化处理，两个膜片面对面摆放，当其中一片加上正电流高压时另一片就会感应出小电流，藉由彼此互相的吸引排斥作用推动空气就能发出声音。

静电单体由于质量轻且振动分散小，所以很容易得到清澈透明的中高音，对低音动力有未逮，而且它的效率不高，使用直流电原又容易聚集灰尘。

平面式

最早由日本SONY开发出来的设计，音圈设计仍是动圈式为主题，不过将锥盆振膜改成蜂巢结构的平面振膜，因为少人空洞效应，特性较佳，但效率也偏低。

丝带式

没有传统的音圈设计，振膜是以非常薄的金属制成，电流直接流进道体使其振动发音。由于它的振膜就是音圈，所以质量非常轻，瞬态响应极佳，高频响应也很好。

不过丝带式喇叭的效率和低阻抗对扩大机一直是很大的挑战，Apogee可为代表。另一种方式是有音圈的，但把音圈直接印刷在塑胶薄片上，这样可以解决部分低阻抗的问题，Magnepang此类设计的佼佼者。

号角式

振膜推动位于号筒底部的空气而工作，因为声音传送时未被扩散所以效率非常高，但由于号角的形状与长度都会影响音色，要重播低频也不太容易，现在大多用在巨型PA系统或高音单体上，美国Klipsch就是老字号的号角喇叭生产商。

2、蜂鸣器

（1） PWM 输出口直接驱动蜂鸣器方式

由于PWM 只控制固定频率的蜂鸣器，所以可以在程序的系统初始化时就对PWM 的输出波形进行设置。

首先根据SH69P43 的PWM 输出的周期宽度是10 位数据来选择PWM 时钟。系统使用4MHz 的晶振作为主振荡器，一个tosc 的时间就是0.25μs，

若是将PWM 的时钟设置为tosc 的话， 则蜂鸣器要求的波形周期500μs 的计数值为500μs/0.25μs=（2000）10=（7D0）16，7D0H 为11 位的数据，而SH69P43 的PWM

输出周期宽度只是10 位数据，所以选择PWM 的时钟为tosc 是不能实现蜂鸣器所要的驱动波形的。

这里我们将PWM 的时钟设置为4tosc，这样一个PWM 的时钟周期就是1μs 了，由此可以算出500μs 对应的计数值为500μs/1μs=（500）10=（1F4）16，即分别在周期寄存器的高2 位、中4 位和低4 位三个寄存器中填入1、F 和4，就完成了对输出周期的设置。

再来设置占空比寄存器，在PWM 输出中占空比的实现是

通过设定一个周期内电平的宽度来实现的。当输出模式选择为普通模式时，占空比寄存器是用来设置高电平的宽度。250μs 的宽度计数值为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 位中分别填入0、F 和A 就可以完成对占空比的设置了，设置占空比为1/2ty。

以后只需要打开PWM 输出，PWM 输出口自然就能输出频率为2000Hz、占空比为1/2ty 的方波。

（2） I/O 口定时翻转电平驱动蜂鸣器方式

使用I/O 口定时翻转电平驱动蜂鸣器方式的设置比较简单，只需要对波形分析一下。由于驱动的信号刚好为周期500μs，占空比为1/2ty 的方波，只需要每250μs 进行一次电平翻转，就可以得到驱动蜂鸣器的方波信号。

在程序上，可以使用TIMER0 来定时，将TIMER0 的预分频设置为/1，选择TIMER0 的始终为系统时钟(主振荡器时钟/4)，在TIMER0 的载入/计数寄存器的高4 位和低4 位分别写入00H 和06H，就能将TIMER0 的中断设置为250μs。

当需要I/O 口驱动的蜂鸣器鸣叫时，只需要在进入TIMER0 中断的时候对该I/O 口的电平进行翻转一次，直到蜂鸣器不需要鸣叫的时候，将I/O 口的电平设置为低电平即可。不鸣叫时将I/O 口的输出电平设置为低电平是为了防止漏电。

三、产生故障原因上的区别

1、喇叭

1、长时间超负荷驱动喇叭，喇叭会因为过热而把喇叭烧坏，因为线圈的温度升高，使某些结构部分产生熔化，破裂或烧毁，正常使用下线圈的温度就有180摄氏度，不正常使用之下就可想而知了！

2、机械式故障，超负荷的驱动喇叭使得纸盘移动超出范围并和线圈分离，或线圈和线圈座分离，纸盘折边或喇叭支撑圈被扯破，以上任一种情形一旦发生，都可以使喇叭发生故障。

当折边或支撑圈被扯破，线圈将会和它们磨擦，因为纸盘组件已不能适当地在中心位置悬吊，小的破裂也许刚开始感觉不出来，但是经过一段时间，当裂缝变大时，喇叭就会跟着坏了。

3、喇叭的故障也可能是以上两种方式的结合，比如功放突然输出一个很大的瞬间能量，这个能量可以是声音突然开大，喇叭就会有一个强烈的振动，使得线圈脱离了磁力间隙，当它回去的时候可能偏心失误就无法回到原位，

这样将使整个机械的动作被纸盘带向前方，偏离原始停留的位置，结果纸盘已经不能发出声音，但是能量还继续传送的喇叭的线圈上，线圈双离开了磁力间隙，因为磁力间隙是线圈最好的散热环境，

但线圈已离开磁力间隙，那么线圈在继续接收来自功放的信号时，线圈很快就会发热导致烧毁线圈。

2、蜂鸣器

蜂鸣器是不能用做矿石收音机的，因为，蜂鸣器内部有一个振荡电路，通上电源后就会驱动内部的一个微型喇叭发出蜂鸣声。蜂鸣器可不是一个单纯的小喇叭。

另外，蜂鸣器有两种。一种是，内部自带振荡器的；一种是，需要外接一个振荡器的，也就是一个普通的微型喇叭。对于不带振荡器的那种，也是不能用的，因为它的电阻一般为32欧姆左右，也有8欧或16欧的。这些都属于低阻抗的，所以不能用。

如果没有高阻耳机，也可以用一个电源变压器，一般为6V或12V的那种电源变压器，功率选用3到5W左右的那种，因为那种变压器的初级线径很细，圈数也多，阻抗也很大。

目的就是为了使负载获得良好的阻抗匹配，使负载获得最大功率。使用方法是这样的：把变压器的初级（接220V的那个绕组）接到原来要接高阻耳机的那个地方；次级接你的普通耳机就可以了。

B. 物理老师是如何运用纸杯留声机留声的呢

物理老师是通过留声机原理，作用纸杯制作了简易的留声装置。

相信大家最近也刷到过这条新闻，一名江西赣州某中学的物理老师朱向阳用纸杯留声机成功留声走红网络。

这是一个很有趣的声现象实验，虽然留声机早已有了，现在也已被淘汰，利用简易器材制作成具备录音、放音的有趣功能，作为科普特别是科学教学的实验素材，就是通过实验来培养学生的思想创新意识和动手实践能力。

朱老师表示，这个实验并非是新发明，留声机的原理很早之前就已经被发明，将它做出来主要供教学，并且老师表示“纸杯留声机”是朋友设计的，拿来给他做实验研究教学。而“纸杯留声机”之所以在留声机原理上又制造，是为了让学生和大众知道要有创新、发明意识。

C. 迷你警报器原理是什么

迷你警报器的原理是基于声学和电子学技术的结合。

详细解释：

1. 声学原理：迷你警报器的核心是一个小型的发声装置，它能产生高强度的声音。当触发警报器时，这个发声装置会振动，从而产生声波。声波的频率和强度可以根据需要进行调整，以达到警报的效果。

2. 电子学原理：迷你警报器内部包含电子电路，这些电路可以控制发声装置的振动。通常，这些电路包含触发机制和声音生成器。触发机制可以根据预设条件或外部信号来激活警报器。声音生成器则负责控制发声装置的频率和强度。

3. 电源供应：迷你警报器通常需要电源来运行。这可能是电池、太阳能板或其他形式的电源。电源为电子电路提供所需的能量，使其能够正常工作并触发发声装置。

4. 设计与制造：迷你警报器的设计和制造过程非常精细。由于它的尺寸小巧，设计师和制造商必须确保每个部件的功能和性能达到最佳状态。此外，为了增强其可靠性和耐用性，这些设备通常会经过严格的质量控制和测试。

总的来说，迷你警报器通过结合声学和电子学技术，实现了一种及时发出警报的功能。其小巧的尺寸和高性能使其在许多场合都能发挥重要作用。