扬声器工作原理(扬声器的简易介绍（一）)

一百多年前的1876年2月14日，亚历山大·格雷厄姆·贝尔提出了历史上最重要的专利“电话”。这项发明使人们的声音比喊叫更远。从那时起，人类认识到了声与电的转换关系，并从那时起就开始享受。为了更好地回放和记录录制的声音。

1877年12月14日西门子公司的创始人维尔纳·冯·西门子(Ernst Werner VonSiemens)申请了有关扬声器的N0.2355德国专利。可以看出其技术方案比贝尔发明的电话有了很大的改进，取消了电磁铁部分，而将一个圆形活动线圈放置在径向磁场内组成电动音圈结构，可使振膜获得更自由的振动空间、更好的线性支撑，简洁的结构为扬声器获得更好的音质创造了条件。

1901年2月16日约翰·施特罗(JohnStroh)申请了英国专利No．3393(觅图3)，他在专利中描述了采用纸作原料制作圆锥形振膜的技术，在此之前的扬声器的振膜大多为平面型，在音圈驱动力的作用下难以保持相对固定的整体形状。在这项专利当中，另一个突出的技术特点就是为了给振膜提供更为灵活、更加线性的支撑，振膜总体呈圆锥形，还特别将振膜边缘部分纸盆的形状做成容易发生形变的波浪形结构，避免整个纸盆发生大的形变。

1910年，S.G.Brown将驱动力与振膜分离，发明了“电枢”电枢耳机。电枢耳机是设置在U形磁铁中间的活动铁板（电枢）。当电流流过线圈时，电枢被磁化，磁铁产生吸力和斥力，同时驱动膜片移动。这种设计成本低，虽然效果不好，但也是划时代的发明，该技术多用于电话管和小型耳机。

1918年1月8日亨利·埃杰顿(HenryEgerton)申请了美国No.1365898平衡电枢式(Balanced-Armature)扬声器的专利，可以看出平衡电枢式扬声器的结构主要由振膜、传动杆、衔铁（舌簧）、电磁线圈、磁极、永久磁铁组成。平衡电枢式扬声器一般都具有很高的电声转换灵敏度，但频率响应较窄、失真较大。

20世纪30年代中期，根据电容传声器的原理，静电扬声器被引入。20世纪50年代初，C.V.bocciarelli提出了恒电荷定律。P、 沃克在同一时期独立开发了同样的理论，并将其应用到著名的四倍频静电扬声器的设计中。

扬声器又称“喇叭”。是一种十分常用的电声换能器件，在发声的电子电气设备中都能见到它。扬声器是一种把电信号转变为声信号的换能器件，扬声器的性能优劣对音质的影响很大。扬声器在音响设备中是一个最薄弱的器件，而对于音响效果而言，它又是一个最重要的部件

　扬声器的基本参数主要有阻抗、功率、谐振频率、频率特性、灵敏度、失真度、总品质因数、等效质量、等效顺性、弹性系数、等效振动半径、等效容积、线性范围和指向性等。

　　1．额定阻抗

　　扬声器并不是一个纯电阻，而是一个复杂的阻抗。扬声器音圈既有阻抗值，也有感抗值。其阻抗值是随着工作频率（音频信号频率）的改变而变化的。这种规律即是扬声器的阻抗特性。

　　扬声器的额定阻抗也叫标称阻抗，是在共振峰后扬声器所呈现的最小阻抗，有4Ω、6Ω、8Ω、16Ω和32Ω几种。额定阻抗并不等于扬声器音圈的直流电阻，通常前者为后者的1.1倍左右。在不知扬声器的额定阻抗时，可用万用表测出其直流电阻值，再乘以1.1左右的系数，即可估算出扬声器的额定阻抗。

　　2．功率

　　扬声器的功率分为额定功率、最大功率、最小功率和瞬间功率，其单位为W。额定功率又称标称功率，是指扬声器能长时间正常连续工作而无明显失真的输入平均电功率。最大功率又称最大承载功率，是指扬声器长时间连续工作时所能承受的最大输入功率，一般为额定功率的1倍~3倍。最小功率又称起步功率，是指扬声器能被推动工作的基准电功率值。瞬间功率也称瞬时承受功率，是指扬声器在短时间内（10ms）所能承受的最大功率，一般为额定功率的8倍~30倍。

　　3．频率fs

　　谐振频率是指扬声器所能重放的最低频率，它是决定扬声器低频特性的重要参数。

　　谐振频率值与扬声器的口径大小有关。低音扬声器的谐振频率值大致随口径的增大而降低，一般6英寸低音单元为50Hz左右，8英寸低音单元为40Hz左右，10英寸低音单元为30Hz左右，12英寸低音单元为20Hz左右。谐振频率值越低，扬声器重放低音的质感和力度越佳。

　　4．频率特性

　　扬声器的频率特性是指当输入扬声器的信号电压恒定不变时，扬声器参考轴上的输出声压随输入信号的频率变化而变化的规律。它是一条随频率变化的频率响应（简称频响）曲线，反映了扬声器对不同频率之声波的辐射能力。

　　扬声器的频响曲线并非一条平坦的直线，而是具有许多峰谷点的不规则连续曲线。将扬声器的谐振频率作为其低频下限频率，而将频响曲线高频端的交点为其高频上限频率，低频下限与高频上限之间的频率范围，称为该扬声器的有效频率范围。在扬声器的有效频率范围内频响曲线上最大声压级与最小声压级之差，称为不均匀度。扬声器的频响曲线越平坦，说明其不均匀度越小，频率失真越小，有效频率范围越宽。

　　高、中、低音扬声器所要求的频率范围不同，一般低音扬声器的频率范围要求在20Hz~3KHz左右，中音扬声器的频率范围在500Hz~5KHz左右，高音扬声器的频率范围在2KHz~20KHz左右。

　　5．灵敏度

　　灵敏度用来反映扬声器的电—声转换效率，也称输出声压级。灵敏度较高的扬声器，用较小的电功率即可推动它。扬声器的灵敏度有特性灵敏度级和平均特性灵敏度两种表示方法。

　　特性灵敏度级是目前采用较多且测试误差较小的灵敏度测试方法。它表示在扬声器的额定频率范围内，用粉红噪声（指一种在任何相对带宽内功率相等的无规律噪声）信号对扬声器进行测试所得到的声压级大小值，其单位是Db/m/W。

　　平均特性灵敏度是指给扬声器输入不同频率正弦纯音信号，然后根据频响曲线上不同频点的声压级来计算出平均值。其测试误差相对较大。

　　6．失真度

　　失真主要表现为重放声音与原始声音有差异。扬声器的失真主要有谐波失真、瞬态失真、互调失真和相位失真。

　　谐波失真是指当扬声器输入某一频率的正弦信号时，扬声器输出声音信号中，除了输入信号基波成分外，又出现了二次、三次……n次谐波（即高于输入信号基波的2倍、3倍……n倍信号）而引起的失真。由失真而产生的总谐波声压的有效值与总输出声压的有效值之比，即是总谐波失真。

　　瞬态失真是指扬声器的振动系统跟不上快度变化的电信号而引起的输出波形失真，它与扬声器的频率响应及振动系统的质量有关。

　互调失真是指两个不同频率（高频和低频）的电信号同时输入扬声器时，扬声器的重放声中除了有这两种频率的声音信号外，还出现了非线性信号（即这两个单频率信号的各次谐波及各种组合的和信号与差信号）。

　　相位失真是指音频信号通过扬声器播放后，不同频率相移的不均匀性，一般用相移的最大值与最小值来表示。

　　7．等效质量（mo

　　扬声器的等效质量（也称振动质量）是扬声器振动系统的静态质量（振膜和音圈本身的质量）与同振质量（振膜两边随这一起振动的部分空气层的质量，也称附加质量）之和。它通常是与扬声器的口径成正比（随着扬声器的口径增大而增大），而与扬声器的谐振频率成反比。扬声器振动系统的等效质量越大，锥盆折环和定位支片越柔软，扬声器的谐振频率也就越低。等效质量的单位是克（g）。

　　8．等效顺性（CMY）

　　等效顺性也称力顺或声顺，表示扬声器悬置系统的松紧度（即折环和定位支片的柔软程度）或说是其受力后位移的顺从性。高顺性的扬声器，说明其折环和定位支片相对较柔软，振膜受力后的位移较大，在相同振膜质量的情况下，其谐振频率也就较低。顺性的单位是米/牛顿（m/N）。

　　9．弹性系数（So）

　　弹性系数也称扬声器振动系统的等效力精度，是表示锥盆折环和定位支片刚性的参数，也是扬声器等效顺性的倒数。它与扬声器的谐振频率成正比，与振动系统的等效质量成反比。

　　10．总品质因数（Qts）

　　总品质因数主要反映了扬声器振动系统消耗能量的快慢（即表示振动系统损耗的大小）。扬声器的Qts值要适当，否则会出现放音失真增大或瞬态响应变差，还会影响音箱的箱体大小及低频响应。Qts值过大，说明扬声器的振动系统所产生的阻尼作用小，对能量的消耗慢，振动衰减所需时间长，放音失真增大；Qts值过低，系统对振动的阻尼作用变大，能量的消耗也变快，谐振频率处的输出便会不足，将会影响低音的力度和质感。低音扬声器的Qts值一般在0.2~0.8之间。

　　扬声器的总品质因数Qts与扬声器等效质量mo的平方根成正比，与扬声器顺性的平方根成反比。改变扬声器振动系统的等效质量和顺性，可在一定程度上控制扬声器的Qts值。

　　11．等效容积（Vas或Veq）

　　扬声器的等效容积是指扬声器振动系统顺性的等效空气容积。它与扬声器的等效顺性成正比，与扬声器有效振动半径的平方成正比。也可以说，扬声器的口径越大，其等效容积也就越大。其单位是升（L）。

　　12．等效振动半径（Sd）

　　扬声器的等效振动半径也称振膜有效面积，它表示有助于声音辐射的面积，可以认为是从振膜中心到折环中间处的长度（实际地指振膜振动部分的半径）。

　　13．磁感应强度（B）

　　磁感应强度也称磁隙强度，是表示扬声器空气隙中磁场强度的品质标记。其单位是T（1T=10*10*10*10*10GS）。

　　14．磁通量

　　磁通量等于磁感应强度和空气隙面积平均值的乘积。

　　15．线性范围（Xmax）

　　线性范围地扬声器振膜的最大线性位移。扬声器在工作时，若振膜的位移超出Xmax值时，放音失真将会增大。扬声器的线性范围Xmax与其口径大小和辐射效率成正比。大口径的扬声器，Xmax值也较大，其辐射效率也较高。

　　16．指向性

指向性是指扬声器在不同方向的声压辐射能力随频率而变化的特性（也可以说是扬声器声波辐射到空间各个方向的能力），通常用向性曲线来表示。扬声器的指向性与音频率有关，输入扬声器的信号频率越高，扬声器的指向性越强。

了解了扬声器的主要参数，我们来了解一下声音是如何发出来的？

声音基础知识

人耳的内侧有一层很薄的皮肤，我们称它为耳膜。当耳膜振动时，大脑将这种振动解释成为声音，此即为听觉。气 压的急剧变化是引起耳膜振动最常见的因素。

物体在空气中振动时，会发出声音（声音也能通过液体和固体传播，但空气是我们听到扬声器发出的声音的传播媒 介）。当有物体振动时，它会使周围空气分子发生移动。这些空气分子又会挤压它们周围的空气分子，从而以传播扰动的方式在空气中传播振动。

为了解这种工作原理，让我们研究一下简单的振动体——电铃。振铃时，金属快速来回振动。当它向一侧弯曲时，将那侧周围的空气分子推出。然后，这 些空气分子与其前面的空气分子发生碰撞，这使得前面的空气分子又与其前面的空气分子相碰撞，依此类推。当电-铃金属片弯曲时，它吸入周围的空气分子，促使 周围的压力下降，导致吸入更多的空气分子，使得更远处粒子周围的压力也下降，依此类推。这种压力下降被称为稀薄化。振动体以这种方式通过大气传送压力脉动波。脉动波传送到耳朵后，将反复振动耳膜。大脑把这种运动解释为声音。

辨别声音

我们能听到不同的振动体发出不同的声音，在于振动的：

声波频率 ——波频越高意味着气压的波动越快。这种声音听起来音调高。波动越慢，音调就越低。

气压级 ——它是波的振幅，决定了声音的强度。声波的振幅越大，撞击耳膜的强度就越大，我们可将这种感觉视作高音量。

发声

扬声器本质上是一个终端转换机——与麦克风相反。它携带电子信号并将其转化为机械振动，从而产生声波。当一切按预想的进行时，扬声器能产生同样 的振动，这几乎与麦克风最初记录并编码在磁带、CD、密纹唱片上等所产生的振动一模一样。传统扬声器使用一个或多个驱动-器才能完成此过程。

发声：隔膜

驱动器通过快速振动的挠性振盆或振膜产 生声波。

挠性振盆通常由纸、塑料或金属制作而成，与悬挂架的宽端相连。

悬挂系统或环绕系统是挠性材料的边沿，它能使振盆活动，并且与称为篮的驱动器的金属框连接。

振盆的窄端与音圈相连。音圈通过三角架（一个挠性材料环）与篮相连。三角架将音圈固定入位，但允许其来回地自由摆动。

有些驱动器有一个罩，但没有振盆。这个罩只不过是一个隔膜，它向外扩张，而非向里收缩。

发声：音圈

音圈是一个基本的电磁体。如果您阅读了电磁体工作原理，就会知道电磁体是一个线圈，通常缠绕在磁性金属体上，例如：铁上。 电流流经线圈，在线圈的周围产生磁场，将线圈缠绕的金属体磁化。这个区域相当于永磁体周围的磁场：它有两个极性，一极是“北极”，另一极是“南极”，并且 能吸附含铁物体。与永磁体不同的是，它能改变电磁场的极性。改变电流方向，电磁场的北极和南极也会相应地改变。

这就是立体声信号所要完成的任务——它不断地改变电流的流向。如果您曾经组装过立体音响系统，您就会明白每 个扬声器有两根输出线，通常一根是黑线，另一根是红线。

实际上，放大器在不断地切换电子信号，并且在红线的正负电荷之间波动。因为电子始终在正、负电粒子之间以同一方向流动，所以，电流从扬声器出 来，沿一个方向流动然后转向，从另一方流出。这种交流电能引起电磁场的极性在一秒中之内能改变多次。

发声：磁体

那么，这种波动是如何使扬声器的音圈来回移动的呢？电磁场定位在永磁场产生的恒磁场中。两个磁体（电磁体和永磁体）象 任何两个磁体一样相互作用。电磁体的正极与永磁场的负极相吸，电磁体的负极与永磁场的负极相斥。当电磁体的极性切换时，其排斥和吸引的极性也随之改变。于是，交流电不断地改变音圈和永磁体之间的磁力。这将推动音圈象活塞一样快速地来回运动。

当流经音圈的电流改变方向时，音圈的极性也随之改变。这将改变音圈和永磁体之间的磁力，使音圈和其所连接的隔膜来回地运动。

当音圈运动时，会推拉扬声器的振盆。这将促使扬声器前面的空气发生振动，产生声波。电子音频信号也可看作是一种波。代表了原始声波的波的频率和振幅体现了音圈移动的速度和距离。反过来，这种速度和距离又决定了隔膜运动产生的声波的频率和振幅。

因采用不同的材质、技术和工作原理，扬声器又可分为许多种类，常见的有：电动扬声器、磁式扬声器、离子扬声器、静电扬声器等10种，下一期在一起讨论一下各种的原理和差别~

感谢博主「3个女人一场戏」原文链接：https://blog.csdn.net/hfuuhgcc/article/details/87912946

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