電聲換能器

按能量轉換的機理來分，主要有下列5種。①電動換能器:利用在恒磁場中運動導體的電磁感應原理而制成的換能器。②電磁換能器:主要由固定于磁路中的導線圈和可振動的部分(如膜片、銜鐵)所組成。交變電流通過線圈時產(chǎn)生交變磁通量，使磁路可振動部分受力發(fā)生變化而振動。反之，磁路可動部分振動時,使磁路的磁阻發(fā)生變化,于是通過線圈的磁通也相應變化而在線圈內(nèi)感生電動勢。單向極化磁通量使換能器工作有與信號成正比的線性部分。③靜電換能器:這種換能器的結構基本上是個電容器，固定的金屬極板與可振動的導電膜片組成電容器的兩個極板，并在兩極板間加恒定的極化電壓使電容器帶電。當膜片振動時電容量發(fā)生變化，兩極板間的電壓也隨之改變。反之，當兩極板間的電壓發(fā)生變化時,極板間的靜電力發(fā)生變化,從而使膜片振動。④壓電換能器:利用具有壓電效應的材料制成。壓電效應較強的天然晶體有石英、酒石酸鉀鈉等。壓電換能器廣泛使用鈦酸鋇和鋯鈦酸鉛等壓電陶瓷材料。從發(fā)展趨勢看，高分子壓電材料(如聚偏氟乙烯)是制作壓電換能器的一種新型材料。⑤磁致伸縮換能器:利用具有磁致伸縮特性的鐵磁材料制成。在磁場中，這類材料由于振動產(chǎn)生形變而使磁通量改變，從而使繞在其上面的線圈產(chǎn)生電動勢。它的逆過程是磁通量發(fā)生變化使鐵磁材料形變而產(chǎn)生應力的變化。這種換能器常用作共振換能器，以提高效率。常用的磁致伸縮材料有鎳及其合金或鎳鐵氧體。

以上所述電機械換能器的能量轉換是可逆的。還有一類換能器是不可逆的，其中應用最多的是變阻換能器，如電話中的碳粒送話器。在半導體PN結附近施加局部壓力的變化，會引起流過PN結電流的變化。利用這種原理做成的換能器稱為壓電結型換能器。通常是使壓力通過細針加在PN結上。這樣，可以獲得很靈敏的換能作用。但它因結構上的困難還只用于應變計。

激光換能器和光導纖維換能器是新出現(xiàn)的兩種換能器。它們是應用光干涉儀的原理或光強度調(diào)制的方法制成的。有一種光調(diào)制的方法是利用聲光作用，使光束通過聲光作用元件，光束在聲場的作用下經(jīng)受調(diào)制;另有一種方法是讓光束通過光導纖維射到振動靶上，使反射光束受到調(diào)制，其強度與振動靶的位移成正比，受調(diào)制的光束再轉換成電輸出。

常用電聲換能器有送話器和受話器、揚聲器、傳聲器、超聲換能器和水聲換能器等。

送話器和受話器

專供語言通信用的電聲換能器。在電話機中大量應用碳粒送話器，其結構是接收聲波的膜片與碳粒盒中的碳粒相接觸，膜片受聲波作用發(fā)生振動，使碳粒間的壓力發(fā)生變化而改變碳粒間的電阻。碳粒多采用提純過的無煙煤。碳粒送話器結構簡單、價格低廉，并有較大的電輸出。電話機中常用受話器是電磁換能器，主要由振膜，與振膜相連接的銜鐵、磁鐵、極靴和線圈組成。其他類型的換能器，如電動送話器、電磁送話器、壓電送話器和電動受話器也有應用。

揚聲器

主要用在可聽聲頻率范圍內(nèi)，它將電信號轉換成聲信號，并把它輻射到周圍空間。按聲輻射的方式，揚聲器可分為直接輻射式和喇叭式兩種。直接輻射式電動揚聲器由處在磁路系統(tǒng)中稱為音圈的導體線圈及其支撐，以及與音圈相連接的錐形或球項形的振膜組成。信號電流流過音圈時,音圈受力而振動,并推動振膜振動而輻射聲波。這種揚聲器結構緊湊、性能好，仍在大量應用。在揚聲器上加上喇叭即構成喇叭式揚聲器，可以提高揚聲器的效率，并且具有較強的聲輻射指向性。平板揚聲器(用復合材料做成平板振膜)是一種新型的揚聲器。對于高音質(zhì)的揚聲器系統(tǒng)，常把所要放聲的寬頻帶分成二個或三個頻段，分別用幾只揚聲器發(fā)聲，則稱為揚聲器組合。但在輸入端必須有分割網(wǎng)絡，把電信號按頻段分別送給各揚聲器。一般采用直接輻射式電動揚聲器輻射中頻和低頻聲，但也有低頻揚聲器加喇叭。高頻聲的輻射也多采用電動式揚聲器，高頻揚聲器也采用靜電揚聲器或壓電揚聲器。

將電信號直接轉換成空氣振動發(fā)聲的揚聲器是離子聲揚聲器，由一個石英做的容器與輻射聲波的喇叭相連接。石英容器中有電極，在其上加上幾十兆赫的射頻高電壓，使其中空氣電離，電信號以振幅調(diào)制的方式調(diào)制到射頻電壓上。由于離子放電的變化，石英容器中空氣的溫度和壓強隨信號而發(fā)生變化，因而產(chǎn)生聲波通過喇叭而輻射出來。這種揚聲器沒有機械振動系統(tǒng)，所以性能良好，但構造和使用都比較復雜。

傳聲器

主要用在可聽聲頻頻率范圍內(nèi)，它將聲信號轉變成電信號。在一般擴聲系統(tǒng)中，大多采用電動式傳聲器。在廣播、錄聲技術中所用的高質(zhì)量傳聲器，有電動動圈式傳聲器、帶式傳聲器和電容傳聲器。帶式傳聲器屬電動類型、薄而輕的金屬帶置于恒磁系統(tǒng)的磁場中。金屬帶既是可通信號電流的導體，又是接收聲波的器件。由于鋁帶兩面均受聲波作用，總受力與聲波在這兩方面的聲壓之差有關。因此，這種類型的傳聲器稱為壓差傳聲器。膜片一面接收聲波的傳聲器，由于膜片受力與聲壓成正比，則統(tǒng)稱為壓強傳聲器。 靜電換能類型的電容傳聲器，是現(xiàn)代使用最廣的高質(zhì)量傳聲器。電容傳聲器的性能好而且穩(wěn)定，也是用于聲學測量的標準傳聲器。另一種形式的電容傳聲器是駐極體傳聲器。駐極體材料使用聚四氟乙烯、聚全氟乙丙烯等，以適當?shù)姆绞綐O化后可在其表面上保持表面電荷。將極化過的駐極體膜作為電容傳聲器的振膜或放在固定極板上，可產(chǎn)生電場以代替一般電容傳聲器所需要的外加極化電壓。這樣，在構造和使用上都較為簡單。

超聲換能器

用于超聲波范圍的電聲換能器，主要是壓電陶瓷換能器。壓電陶瓷片可按用途做成各種形狀，如棒、片和圓環(huán)。片或薄殼形狀常用厚度方向的振動。利用共振現(xiàn)象可使換能器工作在振動系統(tǒng)的一個固有頻率上，以提高換能效率。超聲換能器也有用磁致伸縮材料的，一般是共振式，工作頻率可達幾萬赫。這種換能器堅固、可靠，其輻射聲功率可達 20瓦/厘米2或更大。在許多應用中，超聲換能器和變幅桿連結使用，以提高工作的效能。

水聲換能器

用于水下工作。其中接收水聲信號的換能器又稱為水聽器。壓電陶瓷是在現(xiàn)代水聲技術應用最廣的電聲換能器材料。磁致伸縮換能器也有采用。作為發(fā)射低頻水聲信號用的換能器，也有采用電動式的。用高分子壓電材料做成的水聽器和光導纖維水聽器也獲得了發(fā)展。水聲換能器在設計和結構上必須考慮在水中工作的特點，如減小水中空化作用所產(chǎn)生的空氣泡對水聲發(fā)射換能器工作的影響。對在深水中工作的換能器來說，還須采取一些措施，如充油或充水的液腔，以便保持換能器中靜水壓的平衡。在聲納中，常將換能器排列成陣，以便獲得所需的強指向性與大功率的聲輻射。

在絕大多數(shù)的電聲換能器中，能量的轉換過程是:對于將電能轉換成聲能的換能器，是將電信號轉換成機械振動，然后由機械振動產(chǎn)生聲波;對于將聲能轉換成電能的換能器，則是將聲信號轉換成機械振動后再轉換成電信號。