喇叭扬声器设计与制作分析

声学和扬声器基础知识教学大纲

一、要求:掌握音频声学的基础理论和电\磁\机械学中与喇叭有关的基本知识,了解

扬声器测试的要求和T/S参数的计算的原理和方法.

二、文化基础要求:高中

三、内容与学时安排：

第一章音频声学基础

1.1 声波的产生

1.2 描述声学的物理量

1.3 声级,分贝及运算

1.4 声波的传播特征

第二章人耳听觉特征

2.1 响度与频响曲线

2.2 音调与倍频音程

2.3 音色

2.4 波的分解,付氏解析法

2.5 失真与失真察觉

2.6 哈斯效应

2.7 屏蔽效应

第三章电、磁、机械振动基础

3.1 电学基础知识

3.2 磁场与电磁感应

3.3 交流电路中的电容

3.4 交流电路中的电感

3.5 复阻抗

3.6 谐振电路

3.7 机械振动

3.8 电机类比

第四章扬声器结构与参数测试

4.1 喇叭结构,名称(磁场,间隙,短路环,音圈,锥盒,指向性,防尘帽,音架,弹

波,边,磁流液)

4.2 Thiele和Small参数测试类比电路图

4.3 扬声器阻抗曲线及其物理解释

4.4 阻抗测试

4.5 质量测试

4.6 BL测试,力顺测试

4.7 品质因素Q的计算

4.8等效容积Vas 的计算---P67

4.9 效率与灵敏度的测试

4.10 扬声器基本参数及T/S参数汇总

4.11 基于PC的扬声器测试信号,相位,clio, Sound check,Klippel, LMS.

第五章音箱,分频器的设计计算

5.1 音箱的设计

5.2 无限平板上的喇叭负载

5.3封闭音箱中的喇叭

5.4 填充物的作用

5.5 倒相音箱的设计和计算

5.6分频器的种类与计算

第一章音频声学的基础

1.1波动和声波

1.1.1波动的数学描述

振动产生波，如绳子的振动能量以波的形式传播。常用绳子多点的位移来描述绳子波的传动，一个波动可用正弦函数来表示。

正弦函数：y = A sin ϕ

A为最大振辐（m）

ϕ为角度(相位角)。

在x-y 坐标系里，若x代表角度，y代表振幅，画出的波形图叫正弦曲线。一般在电学、声学里，角度都用弧度表示：2π=360度，π/2 = 90度。有时，x轴取为时间，y轴为振幅，则可表示振幅随时间的变化，这时，正弦函数要写成：

y = A sin(ωt)

ω叫角频率ω= 2π/T

T 为振动一次所需的时间，又叫周期。

当t = T, ωt = 2π; 当t = T/2, ωt = π, 当t = T/4, ωt = π/2 所以ωt 就相当角度。T 的倒数，1/T = f, 叫频率，表示单位时间(1秒)震动的次数。

有时，x轴取为距离，y轴为振幅，则可表示振幅随距离的变化，这时，正弦函数要写成：

y = A sin(ωx)

ω叫角频率ω= 2π/λ

λ为振动一次所的长度，又叫波长。ωx 就相当角度。

在使用表达式y = A sin(ωt) 的时候，往往碰到在t = 0 时振幅不为0的情况，这时，要把表达式改写成y = A sin(ωt + ϕ)，ϕ角可正，可负。也常把它称为相位角。周期T, 波长λ和频率f , 它们之间的关系是：f=1/T,

（波速） C =λ/T =λf

λ= C / f

如：1Hz 声波波长为344m

10Hz 声波波长为34.4m

100 Hz 声波波长为3.44m

1000Hz 声波波长为0.344m

1.1.2 声波的形成

(波的形成和传播)

横波:振动方向与传播方向垂直

纵波:振动方向与传播方向平行

声波是一种纵波

例如，受活塞作用,空气密度增加,压力加大,增大的压力在管内传播,就形成波动,在声波传输的介质里的某固定点，压力随时间的变化可写成: P = P0 sin(ωt + ϕ )

P0代表空气密度增加时，气压的最大增量。

1.2 描述声波的物理量

1.2.1 声压Sound Pressure

声波的传播就是大气压增压在弹性介质(空气)中的传播。

P = P0sin(ωt + ϕ )

P0为声压振辐，单位是帕斯卡Pa (N / m2)

一个大气压为1.0325*105 Pa 即1000 hPa。

与交流电一样,常用有效值（RMS）（Root-Mean-Square）表示声压. 如果声波

的最大振幅为P0

，Prms = 0.707 P0, 即√2/2 P0

以后我们提到声压如无特殊说明,都是指声压有效值.

人耳能分辨的最低声压为20 μPa (当频率为1000Hz时)

两人面对面交谈声压为2*10-2 Pa

织布车间噪声声压为2Pa

> 20Pa时,人耳有痛觉

最低声压20μPa是由弗来彻和芒森确定的(1000 Hz),500 Hz时,还要低,当频率超过1000 Hz时,灵敏度会提高,最灵敏的频率是3.5K Hz

1.2.2 频率f

声源每秒振动的次数称频率,单位是Hz,

声音的频率可听范围是20Hz - 20kHz

< 20Hz为次声

> 20000Hz为超声

1.2.3 声速

声音可在不同介质中传播。固、液、空气，速度在不同介质中不同。

速度: 固体> 液体> 气体

在空气中,声速c = 331.6 + 0.6t (m/s), 此处t指环境温度。

可见15度时,c为340 m/s左右.

声速与空气质点运动速度是不同的概念，大声说话时，声压为0.1Pa, 质点的运动速度是p/(ρ0 C0 ) 为2.5*10-4 m/s . 空气的ρ0 C0为415 N.S/m3,

1.2.4 波长

声波在传播过程中,相邻的同位相之间的距离为波长。

C, f, λ的关系为:

C=λ*f

空气中声音是非色散波(不同频率波速相等),因此,频率与波长成反比,频率低的波长长.

1000Hz波长0.34 m

100Hz波长 3.4 m

10Hz波长34 m

1Hz波长340 m

不同波长传播时会发生不同物理现象.当遇到障碍物时,障碍物线度比波长小,会有绕射发生,声波可自由传播.当障碍物与波长相当时,发生散射,在声波入射方向散射波声强增加.其他方向减弱,出现指向性.当障碍物线度> > 波长,声音被反射回去,障碍物后出现声影区.