扬声器工作原理、种类和性能决定因素

扬声器工作原理、种类和性能决定因素

【摘要】扬声器是音响系统中不可或缺的重要器材。所有的音乐都是通过扬声器发出声音，供人们聆听、欣赏。作为将电能转变为“声能”的唯一器材，扬声器的品质、特性对整个音响系统的音质，起着决定性作用。

【关键词】扬声器；分类；性能

0.前言

汽车扬声器的不利因素繁多而复杂：窄小的空间，不规则的物体，复杂的环境以及安装位置，聆听位置不佳，偏左、偏右两方；由于扬声器的指向并非正面平均对称，导致了复杂的频率、相位差与波峰、波谷、驻波、反射性时差，混响时间过长等等。尽管如此，我们还是可以通过了解音响系统器材的属性、用途、类别、相容性以及汽车扬声器的特性，正确的安装位置，保持良好的指向性，与相容的功率放大器做技术调校，最终获得良好的效果。

1.有关声音的几个概念

（1）声音的本质就是振动，没有振动就没有声音。

（2）有关振动的三个物理量：

振幅（A）：振动的最大幅度--与声音大小有关的物理量。

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）。

周期（T）：完成一次振动所需要的时间sec。T=1/F。

2.有关声音的几个物理概念

音色：与构成声音成分音频率的多少以及各频率音的持续时间有关。

音调：与构成声音中主要成分音的基本频率有关。

响度：与声源的振动幅度有关。

声速（C）：声音的传播速度。声速与媒体材料和温度有关，声音在标准大气压下20℃的空气中的速度为344米/秒。

波长（λ）：在一个周期内，声波传播的距离。

波长、声速和频率之间的关系为：λ=CT=C/F。

3.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：按结构（或原理）分。

电磁式扬声器原理：

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。由于纸盆固连在音圈上，音圈的振动带动了纸盆的振动从而发出了声音。

（BL）乘积，我们又称之为“机电因子”，它是扬声器一个非常重要的物理量。

电磁式扬声器的结构和零件：

动圈式扬声器的工作原理：

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。

（3）磁路系统（驱动系统/产生一具有固定磁场强度B的气隙）。

结构形式：外磁式和内磁式。

磁钢：磁钢有两大类—铁氧体磁钢和金属磁钢；磁钢的主要技术要求是磁能积。

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。

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。

（4）振动系统（产生振动，发出声音）。

音圈：主要技术要求是音圈内径和直流电阻（DCR）。

音圈线：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。

音圈线的漆包层：LOCK--用于小功率及耐温不高的扬声器；V--用于功率较大或耐温较高的扬声器。

弹波（用来对音圈定位，同时和纸盆的“R”边部分共同构成顺性元件）。

要求：垂直方向上顺从性要好，而水平方向上摆动要小。波主要的技术要求是变位。

材料要求：稳定性和耐久性要好（包括耐折和耐气侯）适当的透气性。

振动盆（是扬声器直接发声的零件）。

扬声器音质的好坏主要取决于振动盆，它是扬声器的核心零件。以前由于大部分扬声器振动盆是纸做的，所以我们习惯上称扬声器振动盆为纸盆，其实这是片面的。振盆的主要技术要求是重量和频率。

4.扬声器的技术要求

4.1额定阻抗Ze/Ω

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。

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。

4.2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。

4.3额定功率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。

额定（噪声）功率能连续承受100小时工作。

长期最大功率能承受通1min。停2min，重复10次的最大功率。短期最大功率能承受通1sec。停2sec，重复60次。

4.4平均特性灵敏度级

声压：声音在传播过程中引起大气压的变化，这就是声压。声压的单位是微巴（帕），正常谈话的声压大约是2微巴。

声压级：人耳从刚听到的声压到能忍受的最大的声压可相差一亿倍以上，因在实用上采用声压单位--微巴很不方便，而且人耳对声音大小的感觉也并不与声压大小（微巴数）成正比。为此引入了声压级即dB的慨念。

特性灵敏度级。

给扬声器加某一频率的信号，此时扬声器产生的声音dB数即为扬声器在该频率时的灵敏度级。当所加信号功率为1W，测试距离为1米时所得的dB数即为该扬声器此频率时的特性灵敏度级。dB/M。W。

在额定的频率范围内，将各频率的特性灵敏度级进行平均后得到的dB数即为该扬声器的平均特性灵敏度级。dB/M。W。如果没有特别说明我们通常所讲的灵敏SPL大都是指额定平均特性灵敏度级。

4.5额定频率范围

在额定的频率范围内得到的平均特性灵敏度级，在下降某一dB数（通常为10dB）后与频率响应曲线相交两点：

假定低频为F1，频为F2，F1-F2即为该扬声器的有效频率范围。

4.6失真

将扬声器发出的信号与输入扬声器的信号相比如果有不同，说明扬声器产生了失真。扬声器失真的大小主要取决于设计的合理性，材料/零件的质量和装配的质量。

4.7指向性

扬声器工作时，向不同方位声音的幅射本领各不相同，也就是说扬声器在工作时具有指向性。扬声器幅射的方向性有两种不同的表示方法：指向性频响曲线：偏离扬声器轴线不同角度处测得的一组频响曲线。

一般相隔15度测一条频响曲线。

指向性图形：在额定频率范围内测得的，随角度改变的极座标响应曲线。测试频率一般包括500Hz、1KHz、2KHz、4KHz、8KHz频率。

4.8极性

按规定在扬声器两端加以瞬间直流电压，引起模片向前方运行时，与电压正极相连接的输入端为扬声器的正极。

4.9扬声器的T-S参数（小信号参数）

汽车音箱将向长冲程、大功率、高灵敏度、宽指向性、低失真方向发展：就汽车超低音扬声器来说，欧美国家将12英寸扬声器做到单向振幅50mm，功率2000W甚至4000W，灵敏度超过100dB，其宽指向性可使读者全身感受到低频而非听出来的低频。综观其结构可发现，其在磁路设计和振膜材料方面均有较大的突破。

全面与欧美新技术接轨，加强与欧美国际间的交流与合作，促使我国新材料研究与扬声器技术设计方面的进步。