扬声器基础知识讲解

扬声器基础知识
1. 磁路系统(驱动系统——产生具有固定磁场强度B的气隙) 磁路系统由磁钢、前片、后片（T铁）组成。 <1> 结构形式:
外磁式磁路 内磁式磁路
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磁路形式 优点 缺点
外磁式 成本低,磁性强, 漏磁大，体积大 重量重 （单/双磁钢） 结构简单 内磁式 漏磁小，磁性 （单/双磁钢） 强 结构相对于外磁结构来讲 复杂一些，成本高
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3. 电动式扬声器的工作原理 <1> 电动原理:通电导线在磁场中会产生力而发生运动 ■ 力的大小 F=(BL)I B:磁场强度Gs L:导线长度m I:电流大小A ■ 力的方向---取决于B和I的方向,可用左手法则来判 定.
如：
N
F1
S
F2
B
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<2> 电动式扬声器原理: 音圈处于磁间隙中,当音频电信号馈加给音圈时,音 圈会产生电动力.电动力(随音频信号的大小和方向而 变化)使音圈产生振动.由于纸盆固定在音圈上,音圈的 振动带动了纸盆的振动从而发出了声音.
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扬声器基础知识 定位支片材料
材料
C(100%棉布)
优点
柔顺 价格便宜
缺点
耐湿性差，易疲劳
PC 强度大、耐疲劳、 价格比棉布贵 (POLYESTER/棉布） 不易变形 NC (NOMAX/棉布） 强度和耐疲劳比 PC好 胶接性差，价格比 棉布贵一倍
CONEX
耐热、阻燃、耐疲 胶接性差，价格最 劳、稳定性好 贵
B
L
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需要说明的是为了控制和提高扬声器的品质,我们总 希望在扬声器磁路间隙中有着非常均匀分布的磁通密度 B,以及在扬声器工作过程中不因为音圈的运动而使（BL） 值发生改变.但事实上,扬声器工作过程中（BL）并不能 够始终保持不变,这就是扬声器产生失真的一个很重要原 因. （BL）乘积，我们又称之为“机电因子”,它是扬声 器的一个非常重要的物理量---尽管它不会作为扬声器的 正式指标列入产品规格书.（BL值可以用MLSSA、NTI、 KLIPPLE等仪器测量出来)
扬声器基础知识 从扬声器的基础理论可知，要想得到一只具有平坦的频 率响应曲线，失真小且音质较好的扬声器，对于振膜材料来 讲，主要有以下三点要求： （1）E/ρ 的比值要大，这里E表示振膜材料的扬氏模量，ρ 为振膜材料密度；由于振动在纸盆的传播速度与该比值成 正比，而较大的传播速度可以减小振膜顶部到底部的相位 变化，从而可以获得平坦的频率响应。 （2）振膜材料的刚性要强，这样可以减少振膜的分割振动， 减小失真。 （3）振膜材料的阻尼要适当，这样可以抑制分割振动，同 时具有好的瞬态响应，较好的音质。 振盆的主要技术要求是重量和频率. 振动盆的形状:振动盆锥体部分的形状大致有四种， 设计时可根据扬声器的要求而定.
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一. 有关声音的几个概念 1.声音：是由空气中的质子经能量传递而 产生振动，其传递过程直达耳膜接 触产生声音。声音的本质就是振动, 没有振动就没有声音.
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声源 空气 人耳
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2. 有关振动的三个物理量 <1> 振幅(A):振动的最大幅度---与声音大小有关的物理量 <2> 频率(F):每秒钟振动次数---与声音高低有关的物理量 (人耳听觉频率范围是20-200000Hz) <3> 周期(T):完成一次振动所需要的时间 sec. T=1/F
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<3>振膜是动圈式扬声器振动系统的主要部件（零件）。 在一般的动圈式低音、中音、高音或全频带扬声器中，最常用的 振膜的基材是呈锥型的纸质振膜，我们通常把它叫作纸盆，而此类扬 声器有时也把它称为纸盆扬声器。 1.振膜在扬声器中的作用及要求 振膜是动圈式扬声器振动系统中的重要零件，动圈式扬声器就是 靠音圈的振动带动与音圈相连接的振膜的振动，使它前后的空气振动 形成声波，把声音辐射出去。在扬声器单元中，振膜是对音质最重要 的零部件之一。动圈纸盆扬声器的声压、频率响应特性和fo等性能指 标，直接由纸盆的“形状因素”（其中包括：口径、深浅、母线形 状、厚度、折环形状、半顶角等）所决定。而振膜的“材质因素”， 其中包括：材料特性、加工方法、处理技术等，则决定了扬声器的固 有音色。所以，可以说扬声器音质的好坏在很大程度上决定于振膜的 性能，而振膜的性能又决定于振膜的材料、它的几何形状和它的加工 工艺。
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<2> 磁钢:磁钢有两大类—金属磁钢和铁氧体磁钢. 磁钢的主要技术要求是磁能积。磁能积(BH)max指材 料释放磁能的本领，单位：高斯（Gauss）。 铁氧体磁钢大多用于外磁式磁路.铁氧体磁钢的最大 优点是价格便宜,充磁相对容易.缺点是磁路体积大、重量 重。 金属磁钢的最大优点是磁能积高,特别是稀土磁钢.金 属磁钢大多用于内磁式磁路.这种磁路的体积小,重量轻. 缺点是价格高,充磁难。 <3> 导磁件：T铁、前片、铁碗等 对导磁件总的要求是导磁性能要好.可选用的材料有普 通结构钢、软铁、矽钢片,其中以结构钢最为普遍,如A3和 10号钢,含碳量愈低愈好,但是含碳愈低价格愈高. 导磁件的主要技术要求是材料含碳量.
振幅
周期
时间
T
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3. 声音的三要素 <1>响度：通常人们用响不响来形容声音的强弱，是人耳对 声音强度的主管感受； <2>音调：人耳对声音调子(频率)高低的主管感受； <3>音色：每种声音都有各自的特色；
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二. 扬声器的工作原理和种类 1. 扬声器件是一种将电、力、声能量进行转换的电器件。 其能量的转换有的是可逆的,有的是不可逆的。扬声器是 能量可逆转换的电声器件. 2. 常见的几种扬声器: <1> 按结构(或原理)分 电磁式：通过音频电流的电磁铁与极板（由高导磁材 料组成）相互作用，由磁路的磁阻变化而完 成电声的转换的扬声器。结构特点:有固定 不动的线圈。主要用在要求不高的有线广播 用扬声器,老式受话器。 压电式：利用压电体的反向压电效应：即对其外加电 压时，压电体会发生机械形变来完成电声的 转换。它的特点是：结构简单、生产方便、 价格低廉。但频响范围不宽。结构特点：有
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压电片，大多用于要求不高的高音扬声器 。 电动式（又称动圈式）：利用磁场对载流线圈的作用来实 现电声的转换。它是扬声器的主流，自1926年 问 世以来，至今已有80多年的历史。结构特点:有 可动的线圈。由于其性能良好，因此品种繁多， 使用广泛，适用于高、中、低音扬声器 。 静电式：电静电力而工作的扬声器。它是以电容器原理 来制作的扬声器。它是利用施加音频电流，在 电容器间产生电场强度的变化，使作为极板的 振膜受迫振动，实现声音的重放。 离子式：由离子体与周围空气之间的相互作用而工作的 扬声器。由于其设备复杂，工艺制作难度大， 至今未获得实际应用。 磁致伸缩式：由材料的磁致伸缩的形变而工作的扬声 器。
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扬声器的基本技术指标有： 1、额定阻抗Ze 单位：Ω 2、额定共振频率F0 单位：Hz 3、额定功率Pe 单位： W 4、平均特性灵敏度级SPL 单位：dB 5、额定频率范围 单位：Hz 6、失真 7、极性 8、扬声器的T-S参数(小信号参数)
扬声器基础知识 1. 额定阻抗 Ze/Ω “额定”即规定的意思。 <1> 阻抗曲线:给扬声器加任一频率的电信号都有一个 与之相对应的阻抗,分别把各频率的阻抗值相连接得 到一条曲线,该条曲线就是阻抗曲线.
Z Ze
f
f
<2> 额定阻抗:在阻抗曲线上低频率部分紧跟在第一个 最大值之后的最小阻抗值即为扬声器的阻抗. 扬声器的阻抗在额定频率范围内不应小于额定值 的80%,因为它影响到与之匹配的机器能否正常工作.
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2. 额定共振频率 F0/Hz 在阻抗曲线上出现第一个阻抗极大值所对应的频率就是扬声器的共 振频率.因为共振频率可以大体反应扬声器低频工作能力,所以共振频率 是扬声器的重要指标之一,尤其是对低音扬声器/全频扬声器. 3. 功率 Pe/W 在这里我们所讲的功率是以噪声信号试验为基础的功率,即扬声器 用该功率的模拟节目信号作连续性负荷试验,在规定的时间内工作而无 永久性损坏.
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三. 电动式扬声器的结构和零件
T铁
上垫棉
磁钢
前片 接线板 音圈 盆架 弹波
防尘罩 纸盆
上图所示为某外磁扬声器剖面图 1.T铁 2.磁钢 3.上夹板 4.定位支片 5.音圈 6.纸盆 7.盆架 8.防尘罩 9.网罩
2
上图所示为某内磁扬声器剖面图 1.铁碗 2.磁钢 3.上夹板 4. 音圈5. 定位支片6.纸盆 7.盆架 8.防尘罩 9.网罩
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电动式扬声器分类 电动式扬声器依据其振膜的形状不同，又可分为： 锥型（纸盆）扬声器、球顶扬声器、号筒式扬声器、带式 扬声器和平板扬声器等，其中使用最广泛的是锥形扬声器。 锥形扬声器的结构 锥型纸盆扬声器主要有三部分组成；磁路系统、振 动系统及连接件组成；根据磁路结构的不同，又分为外磁、 内磁式及双磁路（有外磁和内磁式）等。
扬声器基础知识 音圈骨架: 基本材料 牛皮纸 NOMEX Al KAPTON TIL 表面涂胶 耐高温度
LOCK
SV SV SV LOCK SV SV
MAX 140℃
180℃ 200℃ 200℃ 150℃ 200℃ 200℃
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<2>定位支片（弹波）是扬声器最重要的部件之一，其主要作用是： 1、保证音圈在磁隙中始终保持正确位置； 2、音圈受力振动时，保持振动系统仅作轴向运动，不作横向运动，且 保持良好的稳态恢复力。 3、定位支片的布孔要有一定的透气性，但布孔也不能太稀；既能将定 位支片下面的空气合理地排出，防止产生压缩失真，又要防止尘埃 落入磁间隙； 4、定位支片的顺性与纸盆的顺性共同决定扬声器的总顺性，对扬声器 的Fo(谐振频率)产生主要影响 ； 定位支片的要求： 1、要求定位支片要有较大的径向劲度，又要有极小的轴向劲度，即径 向（横向）劲度比轴向（纵向）大得多； 2、表面不含油脂，与音圈、盆架粘合处避免紧压，要保证粘结牢固。 需要说明的是,在以前的设计或生产中往往会忽视定位支片对扬 声器的作用.现在大家都知道,定位支片对扬声器的音质和功率有着非 常密切的关系,因此无论是设计时对定位支片材料的选择以及形状的 考量还是定位支片的制造都引起了设计师的异常重视。
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2. 振动系统(产生振动,发出声音)
<1> 音圈是扬声器的心脏，音圈通电后在磁场运动，带动纸盆振动 音圈的组成是骨架和导线. 音圈线的种类: 铜线---电阻小,强度好,易焊接,用于各种扬声器。 铝线---电阻大,强度差,不易焊,但重量轻,大多用于 高音扬声器。 铜包铝线---综合了铜和铝的优点,但价格很高,用于 要求高的扬声器中。 音圈线外表面有漆包绝缘层和胶粘剂，根据扬声器的 功率大小选择绝缘层和胶粘剂的材料，目前一般用LOCK线 与SV线二种: LOCK---用于小功率及耐温不高的扬声器。 SV---用于功率较大或耐温较高的扬声器
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<2> 按声音幅射方式分
■ 直接幅射式扬声器:由振动体发出声音,直接通过空气 传播到人耳的扬声器.如我们现在生产的汽车扬声器就 是属于直接幅射式扬声器. ■ 间接幅射式扬声器:振动体的振动通过某种装置(如号 筒)的变换然后通过空气传播到人耳的扬声器.如我们 同常见到的“高音”喇叭即为间接幅射式扬声器--号筒 式扬声器.
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四种几何形状锥体示意
弧形 指数形 直线形 抛物线形
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3.连接件 盆架、编织线、接线板、压边等辅助件 其中: 磁路系统及音圈是驱动元件 振膜及防尘罩为辐射元件 轭环边及定位支片为支撑元件
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四. 扬声器的技术指标 扬声器的最基本要求应当是“好听”.但“好听”是 个 相对抽象的慨念，它会因人、因时，因各种外部条件 而异，无法量化判定.虽说扬声器的技术指标并不能完 全反映“好听”的全部含义,但毕竟能体现扬声器的品质: 音质好的扬声器一定有好的指标，技术指标差的扬声器 一定不会有好的音质----这已是为大家公认的事实.当然 技术指标好的有时音质不一定好，这只能说明到目前为 止，我们还有许多东西没有被认识，还有许多技术指标 没有被发现.但是扬声器的开发首要任务还是首先保证符 合要求的好指标.