浅谈万用表检测驻极体话筒好坏

工程师谭军 发表于 2018-10-07 11:41:00 收藏 已收藏
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浅谈万用表检测驻极体话筒好坏

工程师谭军 发表于 2018-10-07 11:41:00
  动圈话筒
 
  动圈话筒(动圈式麦克风)(moving-coil microphone 【工程声学】动圈式话筒,动圈式传声器)是把声音转变为电信号的装置。动圈式话筒是利用电磁感应现象制成的,当声波使膜片振动时,连接在膜片上的线圈(叫做音圈)随着一起振动,音圈在磁场里振动,其中就产生感应电流(电信号),感应电流的大小和方向都变化,变化的振幅和频率由声波决定,这个信号电流经扩音器放大后传给扬声器,从扬声器中就发出放大的声音。
 
  工作原理
 
  当传声器接受声波时,声波产生的力量作用在振膜上,引起振膜振动,带动音圈作相应振动,音圈在磁钢中运动,产生电动势,声音信号转变成电信号。
 
  优点
 
  动圈话筒构造相对简单,因此经济耐用。它们能承受极高的声压,且几乎不受极端温度或湿度的影响。
 
  构成特点
 
  构成
 
  动圈式传声器主要由线圈、磁钢、外壳组成。
 
  特点
 
  动圈话筒使用较简单,无需极化电压,牢固可靠、性能稳定、价格相对便宜。但它的瞬态响应和高频特性不及电容式传声器。通常动圈话筒噪音低,无需馈送电源,使用简便,性能稳定可靠。主要特点包括:
 
  1、结构牢固,性能稳定,经久耐用,价格较低;频率特性良好,50-15000Hz频率范围内幅频特性曲线平坦;
 
  2、指向性好;
 
  3、无需直流工作电压,使用简便,噪声小。
 
  性能区别
 
  声学性能比较
 
  一般来讲(当然也有例外),电容话筒在灵敏度和扩展后的高频(有时也会是低频)响应方面要优于动圈话筒。这跟电容话筒需要先将声音信号转换成电流的工作原理有关。通常,电容话筒的振膜都非常薄,很容易受到声压影响而发生震动,从而引起振膜与振膜舱后背板之间电压的相应改变。而这种电压的改变接下来又会经过前置放大器的多倍放大之后,再转换成声音信号输出。
 
  当然,这里所说的前置放大器,指的是内置在话筒中的放大器,而不是我们通常所说的“前置话放”,即调音台或接口上带的那种前置放大器。由于电容话筒振膜的面积非常小,因而,其对低频或高频声音信号的响应非常灵敏。事实也的确如此。绝大多数电容话筒都能够精确捕捉到很多人耳根本听不到的声音信号。
 
  实际上,通常我们说的动圈话筒,从严格意义上讲,应该叫做“动圈式(moving-coil)”动圈话筒,因为这种话筒声音信号的产生,主要是通过与振膜紧密相连的导线线圈根据声压变化在磁场中不断运动来完成的。由于其中运动部分的体积相对较大,因而,动圈话筒在响应频率的范围(主要是高频部分)、灵敏度以及瞬时响应能力方面都比电容话筒稍逊一筹。
 
  铝带式话筒(Ribbon mICrophones)也是动圈话筒的一种。它主要是通过金属片自身根据声压变化而发生的震动,来带动磁场中电流的变化,从而最终产生声音信号的。由于金属片的面积相对振膜和线圈要小,因而,这种铝带式话筒对高频的响应能力要高于动圈式话筒,但是,还是无法和电容话筒相媲美。
 
  解决办法
 
  动圈话筒的灵敏度低于电容话筒,主要是因为它
 
  内部没有相应的电子元件来对声音信号进行放大和缓冲。因而,它们通常会比动圈话筒要求更多的增益。正是由于这一原因,动圈话筒的音质通常会随所用前置放大器的不同而发生相应的变化。不过,这在强音源条件下,一般不会引发什么不良后果,但是,如果音源比较微弱的话,问题可能就会比较严重,需要格外注意了。市场需求是产品创新的催化剂。
 
  为了解决这一问题,当前市场上也的确出现了不少直接内置有前置放大器的动圈话筒,比如BLUE推出的Ball moving-coil(动圈式话筒)以及Royer推出的R122 ribbon(铝带式话筒)等。
 
  事实证明,它们的确能够很好地同各种前置放大器相适用。由于每种话筒都有自己的独特优势和不足,因而,如果你仔细观察,就会发现,每种话筒都有自己专门的适用情境。比如,动圈式话筒通常在吉他放大器、铜管、近场鼓声以及现场人声等强音源录音环境下使用;而电容话筒则通常在自然条件下或对高频响应范围要求较高的条件下使用,例如鼓声悬顶录音、钢琴、声学弦乐器、工作室内人声录音以及管弦乐队和合唱录音等;铝带式话筒则在数字录音,尤其是打击乐器和铜管的录音过程中越来越受到关注。
 
  当然,铝带式话筒也可以用于吉他放大器、各种声学乐器以及人声等多种录音场合。最后,我想说的是,任何规则都只是参考而已,并不一定要必须遵守。尽管几乎没有人推荐我们使用动圈式话筒来对声学吉他进行录音或对鼓声进行悬吊录音,但是,如果需要,这些都是可以尝试的,因为规则是死的,而人是活的。实际上,在现实中,我们可以看到很多类似于现场人声录音使用电容话筒,而工作室内人声录音使用动圈话筒,甚至使用电容话筒来对鼓声进行近场录音的现象,而且好像都取得了不错的效果。这告诉我们,选用话筒的关键在于,看它是否能够达到自己的预期效果,而不是一味遵从那些既定的条条框框。
 
  动圈话筒有一个音圈,音圈固定在振膜上,在音圈的附近设有一个磁性很强的永久性磁铁,这一结构相当于扬声器的结构,振膜相当于纸盆。
 
  话筒在工作时,声波作用于振膜,使振膜产生机械振动,这一振动带动音圈在磁场中振动,由励磁电,音圈输出音频电信号,是声音转换成电信号。
浅谈万用表检测驻极体话筒好坏

  以MF50型指针式万用表为例,介绍在业余条件下使用万用表快速判断驻极体话筒的极性、检测驻极体话筒的好坏及性能的具体方法。

  (a)判断极性与好坏

  (b)检测两端式话筒灵敏度

  (c)检测三端式话筒灵敏度

  判断极性

  由于驻极体话筒内部场效应管的漏极D和源极S直接作为话筒的引出电极,所以只要判断出漏极D和源极S,也就不难确定出驻极体话筒的电极。如图1(a)所示,将万用表拨至“R×100”或“R×1k”电阻挡,黑表笔接任意一极,红表笔接另外一极,读出电阻值数;对调两表笔后,再次读出电阻值数,并比较两次测量结果,阻值较小的一次中,黑表笔所接应为源极S,红表笔所接应为漏极D。进一步判断:如果驻极体话筒的金属外壳与所检测出的源极S电极相连,则被测话筒应为两端式驻极体话筒,其漏极D电极应为“正电源/信号输出脚”,源极S电极为“接地引脚”;如果话筒的金属外壳与漏极D相连,则源极S电极应为“负电源/信号输出脚”,漏极D电极为“接地引脚”。如果被测话筒的金属外壳与源极S、漏极D电极均不相通,则为三端式驻极体话筒,其漏极D和源极S电极可分别作为“正电源引脚”和“信号输出脚”(或“信号输出脚”和“负电源引脚”),金属外壳则为“接地引脚”。

  检测好坏

  在上面的测量中,驻极体话筒正常测得的电阻值应该是一大一小。如果正、反向电阻值均为∞,则说明被测话筒内部的场效应管已经开路;如果正、反向电阻值均接近或等于0Ω,则说明被测话筒内部的场效应管已被击穿或发生了短路;如果正、反向电阻值相等,则说明被测话筒内部场效应管栅极G与源极S之间的晶体二极管已经开路。由于驻极体话筒是一次性压封而成,所以内部发生故障时一般不能维修,弃旧换新即可。

  检测灵敏度

  将万用表拨至“R×100”或“R×1k”电阻挡,按照图1(b)所示,黑表笔(万用表内部接电池正极)接被测两端式驻极体话筒的漏极D,红表笔接接地端(或红表笔接源极S,黑表笔接接地端),此时万用表指针指示在某一刻度上,再用嘴对着话筒正面的入声孔吹一口气,万用表指针应有较大摆动。指针摆动范围越大,说明被测话筒的灵敏度越高。如果没有反应或反应不明显,则说明被测话筒已经损坏或性能下降。对于三端式驻极体话筒,按照图1(c)所示,黑表笔仍接被测话筒的漏极D,红表笔同时接通源极S和接地端(金属外壳),然后按相同方法吹气检测即可。

  以上检测方法是针对机装型驻极体话筒而言,对于带有引线插头的外置型驻极体话筒,可按照图2所示直接在插头上进行测量。但要注意,有的话筒上装有开关,测试时要将此开关拨至“ON”(接通)位置,而不能将开关拨至“OFF”(断开)的位置。否则,将无法进行正常测试。

  使用常识

  1.驻极体话筒虽然品种多、型号不一,但其主要特性一般相差都不太大,差别常在于灵敏度高低的不同。尤其是常用机装型驻极体话筒的外形尺寸绝大多数也很接近,故其通用互换性较好。在电子制作或维修时,如果找不到所需的型号,可用相似尺寸和特性的任何驻极体话筒来代换。但要注意的是,有些型号的驻极体话筒采用色点标记对其灵敏度进行分挡,例如英伦牌CM-18W型驻极体话筒的灵敏度划分成5个挡,每挡差别约4dB,依次是:红色为-66dB,小黄为-62dB,大黄为-58dB,蓝色为-54dB,白色>-52dB。代换时,即使型号相同还不够,必须要求两者色点相同或灵敏度接近才行。如果是非色标产品,最好查产品手册或说明书,弄清具体特性和主要参数后,再确定能否代换。

  2.驻极体话筒的灵敏度选择是使用中一个比较关键的问题,究竟选择灵敏度高好还是低好,应根据实际情况而定。在要求动态范围较大的场合应选用灵敏度低一些的产品,这样录制节目背景噪声较小、信噪比较高,声音听起来比较干净、清晰,但对电路的增益相对就要求高一些;在简易系统中可选用灵敏度高一点的产品,以减轻对后级放大电路增益的要求。另外要注意的是,普通驻极体话筒的离散性较大,即使是同一型号和色点的话筒有时灵敏度也存在较大差异。

  3.驻极体话筒和电子设备连接时,要特别注意两者阻抗的匹配。无论使用何种话筒,都必须始终牢记这样的原则:高阻抗的话筒不可以直接接至低输入阻抗的电子设备,但低阻抗话筒接至高输入阻抗的电子设备是允许的。另外,高阻抗的话筒引线不宜过长,否则容易引起各种杂声并增加频率失真。在需要使用较长的话筒接线时,应尽可能地选用阻抗低一些的话筒。无论话筒的引出线或长或短,都应采用屏蔽线,以免外界杂波信号感应给引出线,对后级放大电路造成干扰。

  图3  驻极体话筒的4种接法

  (a) 负接地,D极输出

  (b) 正接地,S极输出

  (c) 负接地,S极输出

  (d) 正接地,D极输出

  4.驻极体话筒在接入电路时,共有4种不同的接线方式,其具体电路如图3所示。图中的R既是话筒内部场效应管的外接负载电阻,也是话筒的直流偏置电阻,它对话筒的工作状态和性能有较大影响。C为话筒输出信号耦合电容器。图3(a)和图3(b)所示为两端式话筒的接线方法,图3(c)和图3(d)为三端式驻极体话筒的接线方法。目前市售的驻极体话筒大多是两端式,几乎全部采用图3(a)所示的连接方法。这种接法是将场效应管接成漏极D输出电路,类似于晶体三极管的共发射极放大电路,其特点是输出信号具有一定的电压增益,使得话筒的灵敏度比较高,但动态范围相对要小些。三端式话筒目前市场上比较少见,使用时多接成图3(c)所示的源极S输出方式,这类似于晶体三极管的射极输出电路,其特点是输出阻抗小(一般≤2kΩ),电路比较稳定,动态范围大,但输出信号相对要小些。当然,也可将三端式话筒接成图3(a)或图3(b)所示的电路,直接作为两端式话筒来使用。但要注意,无论采用何种接法,驻极体话筒必须满足一定的直流偏置条件才能正常工作,这实际上就是为了保证内置场效应管始终处于良好的放大状态。

  5.驻极体话筒内置场效应管的工作状态如何,不仅决定了话筒能否正常工作,而且直接影响话筒的灵敏度、动态范围和失真度。由于场效应管的直流工作电压UDS、工作电流IDS均通过外接负载电阻R从后级放大器的供电电路获得,所以电阻R的取值对话筒的实际使用效果至关重要。R的大小可由公式:R=(U-UDS)/IDS确定,式中U为电源电压。R不仅是场效应管的负载电阻,在电路中它还与后续放大电路的输入电阻并联后共同构成话筒的负载电阻RL。应保证RL的阻值始终大于话筒输出阻抗的3~5倍,这样才能使话筒处于良好的匹配状态。R阻值过小常常会引起放大电路输入阻抗的降低,从而破坏前后级之间的阻抗匹配,使放大器的效率降低。由于话筒的输出阻抗在2kΩ左右,因此RL至少要在10kΩ以上才能满足要求。

  6.一般驻极体话筒均由厂家给出工作电压范围或典型工作电压值(多为1.5V、3V、4.5V这3种)以及最高工作电压(≥12V)。使用时不要超过电压上限,否则会击穿内部场效应管。除了微型电子设备的驻极体话筒常使用1.5V电源外,绝大多数驻极体话筒的工作电压均在3~10V范围内。工作电压取得高一些,有利于扩大话筒的动态范围,避免在高声压级的场合产生严重的失真;工作电压过小时,不仅会影响话筒的动态范围,而且还会降低话筒的工作电流,影响到电路的信噪比。如果条件允许,最好让话筒工作在厂家推荐的电压下,以获得最佳性能。

  7.在电子制作或维修时,如果发现所用的三端式驻极体话筒已经损坏,而手头一时没有合适的替换品,可不妨用一个大小相同、灵敏度等主要参数相近的普通两端式驻极体话筒加工改造后代替,具体方法:按照图4所示,用刻刀划断两端式驻极体话筒背面与金属外壳相连的焊脚敷铜箔,给金属外壳焊接上独立的引线,则原有的两个焊脚加上金属外壳(接地端),就构成了一个三端式驻极体话筒。

  8.驻极体话筒在安装和使用时,必须尽可能地远离放音扬声器,更不要对准扬声器方向,以免引起啸叫。几个驻极体话筒同时使用时,不能将它们直接并联,而应该将各个话筒分别接到相应的前置放大电路,放大后再根据需要进行“合并”。

  9.使用驻极体话筒时,嘴和话筒应保持一定的距离,过近容易引起声音信号的阻塞和失真,过远则会使声音信号变小,噪声相对增大。另外,话筒正面的受音孔要指向声源,以获得较好的频率响应和灵敏度。不论使用还是存放话筒,均应保持干燥,防止受潮。对于外置型驻极体话筒,引出线要顺一个方向收放,切莫凌乱打扭,否则容易造成引出线断路或短路。


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