
广义的电声换能器应用的频率范围很宽,包括次声、可听声、超声换能器。属于可听声频率范围内的电声换能器有传声器、扬声器、送受话器、助听器等等。按照换能方式,它们又可以分成电动式、静电式、压电式、电磁式、碳粒式、离子式和调制气流式等。其中后三种是不可逆的,碳粒式只能把声能变成电能,离子式和调制气流式的只能产生声能。而其他类型换能器则是可逆的。即可用作声接收器也可用作声发射器。
各种电声换能器,尽管其类型、功用或工作状态不同,它们都包含两个基本 组成部分,即电系统和机械振动系统。在换能器内部,电系统和机械振动系统之 间通过某种物理效应相互联系,以完成能量的转换;在其外部,换能器的电系统 与信号发生器的输出回路,或前级放大器的输入回路相匹配;而换能器的机械振 动系统,以其振动表面与声场相匹配。
电声换能器它包括三个互相联系的子系统。
1.以辐射或接受声波的振动板为中心的机械一声系统。
2.起电一声两种能量之间相互变换作用的能量变换系统。
3.担任电信号输入、 输出的电学系统。
这三个子系统的复合系统之间的能量关系是非常复杂的, 是互相联系密不可分 的。这三种体系是互相牵制的,处理得不好往往会顾此失彼。例如,一个有效的 磁系统可能会非常笨重,变成一种令人不能接受的声障碍物;或者声输入阻抗或 电输出阻抗的数值,可能根本不能与周围媒质或附属设备相匹配。由此可见,电 声换能器的设计总是在许多相互矛盾的因素中采取折衷的办法。
1.换能器的工作频率
换能器工作频率的设计依据涉及传声媒质对超声波能量衰减的因素、检测目标(如缺陷)对超声波的反射特性、传声媒质的本底噪声以及辐射阻抗等等。决定换能器工作频率的影响因素有很多,如激励用电信号的频率、换能器的组装结构设计、工作原理的应用范围与限制条件、换能元件自身的材料物理特性等等。换能器的许多重要性能,如指向性、发射声功率、接收灵敏度以及声场特性等都直接受其工作频率的影响。因此,在确定或选择工作频率时必须兼顾各方面的因素予以综合考虑。就一般而言,发射换能器在其谐振基频上工作时可获得最佳的工作状态,即能获得最大的电声转换效率和发射声功率。同样,在此条件下,作为接收换能器也能获得最佳的频率响应和接收灵敏度。
2.换能器响应(灵敏度)