这些扬声器小知识，你知道多少？

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一、扬声器的基本概念


１、基本概念
　　俗称喇叭，它是一种电声换能器，通过某种物理效应将电信号转换成声信号并向周围媒体辐射出去。扬声器可指扬声器单元或扬声器系统（音箱或扬声器箱），通常所说的扬声器主要指扬声器单元。

２、扬声器的分类

　　根据扬声器换能的物理效应不同，可以把扬声器分为电磁式、压电式、静电式（或电容式）、电动式（包括动圈式是电动式中特别改进的一种）等等。

　　另外，根据扬声器振膜结构的不同，可以把扬声器分为锥形（振膜为圆锥形）扬声器、球顶形（振膜呈球缺形）扬声器、平板形（振膜为一平板）扬声器和带式（振膜为金属薄带）扬声器。


扬声器的分类图例


３、通用扬声器的工作原理

　　由于动圈式扬声器结构简单，性能良好，品种繁多，使用广泛，所以成为现今扬声器生产的主流。

　　动圈式扬声器是利用通电线圈受磁场力作用来实现电声能转换的。即与线圈相连的振膜在该作用力的作用下发生振动，从而推动周围空气发声，实现了电声能的转换。这个磁场对通电线圈的作用力，称为电动式换能器的力效应。其大小由下式决定：

　　F=Bli

　　式中B为磁隙中的磁感应密度（韦伯/米2）；i为流经线圈的电流（安培）；l为线圈的长度（米）；F为磁场对通电线圈的作用力（牛顿）。

４、扬声器系统的基本概念

　　俗称音箱，它是由扬声器单元、箱体及分频器、附加线材、接线板(某些扬声器系统还含有号角、吸声材料)等元件组成的发声设备。

　　广义的扬声器系统还包括与音箱相配套的功放、碟机及听音室等外部环境。我们通常所讲的扬声器只指发声设备部分。

５、扬声器系统分类

　　首先，根据箱体构造不同将扬声器系统分为：敞开式(或障板式)、密闭式和倒相式。

　　其次，根据箱体装配结构及用途不同将音箱分为：带通式音箱、传输线式音箱、排列式音箱、哑铃式音箱、阵列式音箱、音柱、全指向性音箱、组合式音箱、卡鲁逊式音箱和加号筒式音箱等。


扬声器系统分类图例



６、扬声器系统的工作原理

　　首先，音箱是从原始的无限大障板演变来的，是用来防止扬声器振膜前后反相声波的干涉，提高低频重放效果之用。

　　A、封闭式音箱是直接采用将无限大障板四往后弯折闭合而成。虽然起到了防止声短路作用，但没有利用到扬声器背面的声波能量。它仅靠扬声器正面的声波能量工作，效率较低；

　　B、为充分利用扬声器背面的声波能量，提高效率，同时更增强低频量感，从而产生了倒相箱。它是利用管道将扬声器背面反相的声波校正为与扬声器前面声波同相的声波，再与扬声器前面的声波进行叠加共同工作，大大提高了效率。

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二、扬声器的结构及特性曲线


１、一般动圈式扬声器的结构及组成元件



　　一般动圈式扬声器的结构及组成元件



２、扬声器的频率响应曲线

　　从扬声器单元及系统的频率响应曲线中可以获取以下信息：

　　1、取曲线平坦段内的四个倍频程点，求其平均值，即为该频响曲线的平均灵敏度；

　　2、沿平均灵敏度划一条直线，定义为0dB线，那么下降3dB的直线与频响曲线低频端的交点即为该频响曲线(或扬声器系统的f3)；下降10dB划一直线与频响曲线高低频两端的交点分别为该频响曲线的上下限频率，其中间部分即是该扬声器(或系统)的有效频率范围。

３、扬声器及其系统的阻抗特性曲线

　　倒相箱扬声器系统的阻抗曲线，从曲线中可以看出：


　　1、倒相箱扬声器系统的共振频率-----即阻抗曲线高低频峰之间最低点所对应的频率值；

　　2、倒相箱扬声器系统的阻抗标称模值----即曲线高频峰后的最小阻抗值点对应的标称阻抗模值；

　　3、倒相箱扬声器系统的Q值情况----即曲线阻抗峰越尖锐Q值越大。

　　扬声器单元(或封密箱系统)的阻抗曲线，从曲线中可以看出：


　　1、扬声器单元(或封密箱系统)的共振频率-----即阻抗曲线低频峰所对应的频率值；

　　2、扬声器单元(或封密箱系统)的阻抗标称模值----即曲线低频峰后的最小阻抗值点对应的标称阻抗模值；

　　3、扬声器单元(或封密箱系统)的Q值情况----即曲线阻抗峰越尖锐Q值越大。

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三、扬声器的规格及重放特性


１、扬声器规格划分

　　• 根据扬声器开口尺寸，常规情况有两种划分方法。
　　A.高音扬声器单元采用音圈径计数法分为:
11芯、13(14)芯、16芯、19(20)芯、25芯(１”)、 38(1.5”)芯、44芯(1.75”)、50芯(2”)、75芯(3”)、100芯(4”)等。
　　B.低音扬声器单元采用有效振动直径计数:
1.5”、2”、3”、3.5”、4”、5.25”、6.5”、8”、10”、12”、15”、18”、21”等。{以上计数读作英寸，1英寸=25.4mm}

　　• 根据重放频带不同，常规把扬声器单元划分为：
　　超高音（16KHz以上）、高音（5K~16KHz）、中音（500~5KHz）、低音（30~500Hz）、超低音（30Hz以下）。

２、扬声器的声音重放特性

　　•声音三要素

　　1．响度
　　响度，又称声强或音量，声压的单位为帕(Pa)，它与基准声压比值的对数值称为声压级，单位是分贝(dB)。
　　响度是听觉的基础。正常人听觉的强度范围为0dB—140dB(也有人认为是-5dB—130dB)。固然，超出人耳的可听频率范围(即频域)的声音，即使响度再大，人耳也听不出来(即响度为零)。但在人耳的可听频域内，若声音弱到或强到一定程度，人耳同样是听不到的。
　　响度级较小时，高、低频声音灵敏度降低较明显，而低频段比高频段灵敏度降低更加剧烈，一般应特别重视加强低频音量。通常200Hz--3kHz语音声压级以 60dB—70dB为宜，频率范围较宽的音乐声压以80dB—90dB最佳。

　　2．音高
　　音高也称音调，表示人耳对声音调子高低的主观感受。频率高则音调高，反之则低，单位用赫兹(Hz)表示。
　　人耳对频率的感觉同样有一个从最低可听频率20Hz到最高可听频率别20kHz的范围。音高的测量是以40dB声强的纯音为基准。  
　　根据人耳对音高的实际感受，人的语音频率范围可放宽到80Hz--12kHz，乐音较宽，效果音则更宽。

　　3．音色
　　音色又称音品，由声音波形的谐波频谱和包络决定。声音波形的基频所产生的听得最清楚的音称为基音，各次谐波的微小振动所产生的声音称泛音。单一频率的音称为纯音，具有谐波的音称为复音。
　　高保真(Hi— Fi)音响的目标就是要尽可能准确地传输、还原重建原始声场的一切特征，使人们真实地感受到诸如声源定位感、空间包围感、层次厚度感等各种临场听感的立体环绕声效果。

３、几种常见振膜材料的不同声音表现

　　•纸质振膜：音色较温暖，善于表现弦乐和人声；
　　•聚酯振膜：弹、韧性较好，中频饱满、低频有弹性；
　　•玻纤振膜：具有较好的动态和瞬态特性，音色细腻；
　　•防弹布振膜：表现音色饱满、趋温暖，富层次感，高频较明亮；
　　•羊毛振膜：具有较好的瞬态特性，音色浑厚、朴实；
　　•金属振膜：音色具有“金属味”，听轻音乐或交响乐会觉得过明亮，且音色不够细腻；
　　•一体软球顶振膜：表现高音细腻柔和，富表现力，更适合欣赏弦乐和人声，欣赏打击乐也不觉生硬；
　　•复合型(金属球顶+软丝边)振膜：表现高音较明亮，具有好的解析度，音色自然细腻而柔和。

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四、几种常用扬声器的特征简介



１、平板式扬声器的特征

　　没有前室效应，能获得轴向上的平坦响应；有更宽的频带；有较好的相位特性。

　　前室效应即扬声器或传声器锥形振膜前面形成的小气室，由于声波在其中产生共振，而使频响变坏。其特性是频响曲线在中频段产生峰谷，前室越深，峰越高谷越深，且会向低频方向移动。



　　扬声器的正确安装方式




２、球顶式扬声器的特征

　　近年来，高保真扬声器系统中广泛采用球顶形扬声器。球顶形扬声器具有：重放频带较宽、指向特性良好、瞬态特性较好、失真小、音质好等优点，但也存在效率低的缺点。

　　根据球顶材料的硬度不同，可以把球顶形扬声器分为硬球顶形扬声器和软球顶形扬声器两种，这两种扬声器频响特性有一定差别：

　　硬球顶形扬声器在高频上限会有一个高峰，且峰前会有一个低谷（可加均衡器进行优化处理），峰后即急剧下降；
　　软球顶形扬声器在高频上限较低，但整个频段内没有大的峰谷，高频下降较缓慢。

３、软、硬球顶式扬声器的频率响应对比


•黑色线为软球顶的特征频响曲线
•棕色线为硬球顶的特征频响曲线
•粉红色线为硬球顶加均衡器后的特征频响曲线

４、号筒式扬声器的特征

　　所谓号筒，即是截面积逐渐变化的声管。根据其截面积变化规律的不同，可以分为圆锥型号筒、抛物线型号筒、指数型号筒。

　　号筒式扬声器的电声效率较高，尽管外形较大，指向性尖锐，但在许多场合得到了应用。

　　号筒式扬声器是通过使扬声器有效地辐射声波的办法，用小的振膜，加上一个号筒，借以增加振动系统的负载，从而提高电声效率（即阻抗匹配）。

　　在电路中有：当负载与源电阻相等时，负载上将获得最大的功率输出，称为阻抗匹配。




高音号筒式扬声器的频响曲线

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五、分析及音箱的基本设计思路


１、封闭式扬声器系统特点及应用

　　封闭式扬声器系统，简称封闭箱或密闭箱。其特点为：
　　1、相对于倒相箱，密闭箱低频量感（或说效率、音量）较差；
　　2、密闭箱低频滚降慢（-12dB/oct），在 f3 相同情况下，闭箱能产生更多的低音和较好的瞬态特性；
　　3、通带外扬声器的振幅得到空气弹簧的有效控制，振幅失真较倒相箱小。

　　基于以上原因，使用封闭式扬声器系统并要得到较低频响应时，则需要有较大容积的箱体及能够与箱体相匹配的大冲程扬声器单元。

２、倒相式扬声器系统特点及应用

　　倒相式扬声器系统，简称倒相箱。其特点为：
　　1、相对于封闭箱，倒相箱因为有效利用了扬声器背面的辐射声能，所以效率较高，低频量感得到一定加强；
　　2、倒相箱低频下降较快（-24dB/oct），相同的箱体条件下，倒相箱比封闭箱具有更低的 f3 值，从而使低频下潜更深；
　　3、倒相箱的主要缺点是，大功率条件下会有倒相管气流声，同时由于振膜振幅不易控制而出现较大失真。

　　基于倒相箱的低频增益特性，为获得较有力低频量感时仍可以使用较小容积的箱体。因此，更适合平板电视机，电脑等配套产品使用。

３、音箱的基本设计思路

　　总体来讲，音箱设计不外两种方式：即已知扬声器，设计箱体尺寸和已知箱体规格选配合适的扬声器。
　　而由于现实商业需要，多是以箱体结构及外观为主导展开音箱设计的，但又由于箱体结构（包括型状）对音箱音质都有较大程度的影响。所以实际操作中就需要两种方式结合起来同时进行。

　　首先，根据整体机型需要及预留空间安排，预选择合适的扬声器规格，初步确定音箱功率、阻抗、频带响应(音质效果)、参数范围等。
　　然后，根据所预定音箱信息设计扬声器制样参数范围，制作样箱并进行样箱调试。
　　最后，对已调试参数合理的音箱进行音质评价，确定最终生产方案。