扬声器的工作原理

扬声器的工作原理【转贴】

上一篇/ 下一篇 2007-04-04 12:32:57

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一、术语

扬声器（speaker，loudspeaker），俗称喇叭；1993年出版的《电声辞曲》指出：扬声器是能将电信号转换成声信号并辐射到

空气中去的电声换能器。

据有关资料记载，最早发明扬声器在1877年，德国人西门子（E.W.Scimens）提出了扬声器雏型专利，他首先提出了由一个圆

形线圈放置在径向磁场组成的电动结构。

1924年，美国的赖斯（C.W.Rice）和凯洛格（E.W.Kollogg）发明了电动式扬声器。

二、扬声器易响却难精

扬声器在全世界每年的产量数以亿计，它在通信、广播、教育、日常生活等方面有广泛的用途，和布、帛、菽、粟一样成为人们不可须夷离开的东西。对我们从事扬声器设计、制造的技术人员来说，对扬声器的理论、实践、工艺等方面需要深入、系统、全面的了解。有人讲扬声器很简单，不过是雕虫小技，谁都可以生产扬声器，这话不能说全无道理，声学本来就是一个小学科，扬声器更是一个小器件。不过十几个到几十个部件，生产的门槛确是不高，但问题的另一面是扬声器又不容易做好。

扬声器是一个电声器件，是电声学研究的内容之一。电声学是包括电子学、声学、电磁学、磁学等的交叉学科。扬声器虽然只有不多的几十个部件，但是其复杂繁难的程度远远超过我们的想象。这是因为：

（1）扬声器的能量转换层次多、反馈多。通常遇到的器件能量转换只是一种一次。例如电动机是将电能转换为机械能。发电机是将机械能转换为电能。电灯是将电能转换为光能。电池是将化学能转换为电能。这里发生的只是一种能量向另一种能量的转换。而扬声器有所不同，它是将电能转换为机械能，再将机械能转换成电能，这是在诸种换能器中不常见的。它的层次多、反馈多自然带来系统的复杂性和多样性。在一个扬声器系统中同时存在电学部分、声学部分、能和力学部分（机械振动部分）。（2）扬声器的工作状态不仅不是静止的，而且是振动的，这种振动又是在三维空间。这个三维空间的振动系统，具有多个边界条件，因此它的振动分析极为复杂，一般的数学工具已不够用。荷兰学者Frankort等导出锥体微分方程，是具有14个变量的联立一阶微分方程，而且扬声器的振动还与频率和时间有关，实际上它处于多维空间之中。

（3）扬声器振动系统只在低频区为一集中参数系统。在频率升高时振动系统不再是刚体。在分析扬声器时，常采用等效电路法，将扬声器看成由集中参数组成的等效电路。因为我们对电路理论是熟悉的，所以用电路理论来分析扬声器会得心应手。在分析扬声器振动时，假设扬声器是一个刚体，这样分析起来相应方便。但是上述的假设只是在低音频段是合适的。在频率升

高时，扬声器不再是集中参数元件，扬声器振膜不再是刚体，振膜会出现分割振动。因此在高频段，由刚体振动假设导出的分

析一律失效，由等效电路推出的公式失效。

分布参数系统的特点还在于这些分散元件并不是彼此无关的。具体来说，振膜上每一点的振动都不相同的，每一点振动都有不

同的振幅与相位，而每一点又相互影响。

还可以同我们熟悉的电子技术相比较。因为有了物理性能为大家所熟悉的电学元件（电阻、电感、电容、晶体管、集成电路……），以及大家所熟悉的电路原理，按电路图可以装配成一个放大器，用这些元件不论是经验丰富的工程师还是初出茅庐的中学生其差别是有限的。但对扬声器、音箱来说，就没有那么简单。相同的单元组装成音箱、若经验不同，可能有相当大的差距。

（4）扬声器的评价不仅取决于众多的客观测试指标，而且目前客观测试指标不能完全概括扬声器的质量。

扬声器的客观测试指标有数10项之多，而且有增加的趋势。大多数测量要求在消声室内进行。尽管现在有了计算机辅助测量，

但仍然代替不了消声室的测量。

扬声器的主观评价是不可缺少的，而主观评价又带有极大的离散性，它往往因人而异、因时而异、因地而异、因曲而异，并且自觉或不自觉地受到各种心理暗示的影响。评价的结果不仅取决于聆听者的修养、素质、心理状态，而声音本身是转瞬即逝的，其难度高于其他需主观评价的项目，比如评酒评茶等，它涉及心理声学、生理声学、环境声学、音乐声学、数理统计方法等。（5）扬声器制造工艺又涉及造纸、化工、粘合剂、金属加工、磁体制造等许多工艺领域，体现了它的综合性与多样性。其中扬声器振膜材料的变化尤为重要，在几何形状不变的条件下仅仅改变振膜的材料，不但客观测试指标会变，主观音质也会发

生变化。

由于以上5个方面给电声工作者带来许多费解的课题，也给扬声器技术抹上一笔迷人的色彩。而扬声器技术是少数能将艺术与技术相结合、趣味与科学相结合的技术之一；又是将古老声学与现代电子相结合的产物；是有广泛发展空间、又与亿万群众有

密切联系的技术。

为发展扬声器技术，付出我们的努力，是一项高尚而有益的贡献。

三、扬声器分类

分类方法有很多种，今天介绍三种分类方法：

（一）按辐射方式分类

直接辐射式扬声器

号筒扬声器

耳机

海尔扬声器

（二）按用途分类

高保真（家用）用扬声器

监听扬声器

扩声用扬声器

乐器用扬声器、电影扬声器

收音机、电视机、录音机用扬声器

警报用扬声器

水中用扬声器、船舶用扬声器

汽车用扬声器

（三）按工作原理分类

电动式扬声器

电磁式扬声器

静电扬声器

压电扬声器

离子扬声器

火焰扬声器

气流调制扬声器

磁致失真扬声器

四、磁电转化

法拉第通过各种实验，不仅发现了电磁感应现象，而且总结出电磁感应的共同规律。

1）通过导体回路所围面积的磁通量随时间发生变化时，回路中就有感应电动势产生，从而产生感应电流，这个磁通量的变化可以是由磁场的变化引起的，也可以是由于导体回路在磁场中运动或导体回路中的一部分切割磁力线的运动而引起的。

2）感应电动势的大小与磁通量变化的快慢有关，或者说与磁通量随时间的变化率成正比。

总之，电磁感应现象的实质是磁通量的变化产生感应电动势。

3）感应电动势的方向总是在企图由它产生的感应电流建立一个附加的磁通量，以阻碍引起感应电动势的那个磁通量的变化。