揚聲器工作原理、種類和性能決定因素

【摘要】揚聲器是音響系統中不可或缺的重要器材。所有的音樂都是通過揚聲器發出聲音，供人們聆聽、欣賞。作為將電能轉變為“聲能”的唯一器材，揚聲器的品質、特性對整個音響系統的音質，起著決定性作用。

【關鍵詞】揚聲器；分類；性能

0.前言

汽車揚聲器的不利因素繁多而復雜：窄小的空間，不規則的物體，復雜的環境以及安裝位置，聆聽位置不佳，偏左、偏右兩方；由于揚聲器的指向并非正面平均對稱，導致了復雜的頻率、相位差與波峰、波谷、駐波、反射性時差，混響時間過長等等。盡管如此，我們還是可以通過了解音響系統器材的屬性、用途、類別、相容性以及汽車揚聲器的特性，正確的安裝位置，保持良好的指向性，與相容的功率放大器做技術調校，最終獲得良好的效果。

1.有關聲音的幾個概念

（1）聲音的本質就是振動，沒有振動就沒有聲音。

（2）有關振動的三個物理量：

<1>振幅（A）：振動的最大幅度--與聲音大小有關的物理量。

<2>頻率（F）：每秒鐘振動次數--與聲音高低有關的物理量（人耳聽覺頻率范圍是20-200000Hz）。

<3>周期（T）：完成一次振動所需要的時間sec。T=1/F。

2.有關聲音的幾個物理概念

<1>音色：與構成聲音成分音頻率的多少以及各頻率音的持續時間有關。

<2>音調：與構成聲音中主要成分音的基本頻率有關。

<3>響度：與聲源的振動幅度有關。

<4>聲速（C）：聲音的傳播速度。聲速與媒體材料和溫度有關，聲音在標準大氣壓下20℃的空氣中的速度為344米/秒。

<5>波長（λ）：在一個周期內，聲波傳播的距離。

波長、聲速和頻率之間的關系為：λ=CT=C/F。

3.揚聲器的工作原理和種類

（1）揚聲器件是一種將電、力、聲能量進行轉換的電器件。其能量的轉換有的是可逆的，有的是不可逆的。揚聲器是能量可逆轉換的電聲器件。

（2）常見的幾種揚聲器：按結構（或原理）分。

<1>電磁式揚聲器原理：

音圈處于磁間隙中，當音頻電信號饋加給音圈時，音圈會產生電動力。電動力（隨音頻信號的大小和方向而變化）使音圈產生振動。由于紙盆固連在音圈上，音圈的振動帶動了紙盆的振動從而發出了聲音。

（BL）乘積，我們又稱之為“機電因子”，它是揚聲器一個非常重要的物理量。

電磁式揚聲器的結構和零件：

<2>動圈式揚聲器的工作原理：

電動原理：通電導線在磁場中會產生力而發生運動

力的大小 F=（BL）I

B：磁場強度Gs L：導線長度m I：電流大小A。

力的方向--取決于B和I的方向，可用左手法則來判定。

（3）磁路系統（驅動系統/產生一具有固定磁場強度B的氣隙）。

<1>結構形式：外磁式和內磁式。

<2>磁鋼：磁鋼有兩大類—鐵氧體磁鋼和金屬磁鋼；磁鋼的主要技術要求是磁能積。

鐵氧體磁鋼大多用于外磁式磁路。鐵氧體磁鋼的最大優點是價格便宜，充磁相對容易。缺點是磁路體積大、重量重。

金屬磁鋼的最大優點是磁能積高，特別是稀土磁鋼。金屬磁鋼大多用于內磁式磁路。這種磁路的體積小，重量輕。缺點是價格高，充磁難。

<3>導磁件：T鐵、前片、鐵碗等。

對導磁件總的要求是導磁性能要好。可選用的材料有普通結構鋼、軟鐵、矽鋼片，其中以結構鋼最為普遍，如A3和10號鋼，含碳量愈低愈好，但是含碳愈低價格愈高。

導磁件的主要技術要求是材料含碳量。

（4）振動系統（產生振動，發出聲音）。

<1>音圈：主要技術要求是音圈內徑和直流電阻（DCR）。

音圈線：銅線--電阻小，強度好，易焊接，用于各種揚聲器。

鋁線--電阻大，強度差，不易焊，但重量輕，大多用于高音揚聲器。

銅包鋁線--綜合了銅和鋁的優點，但價格很高，用于要求高的揚聲器中。

音圈線的漆包層：LOCK--用于小功率及耐溫不高的揚聲器；V--用于功率較大或耐溫較高的揚聲器。

<2>彈波（用來對音圈定位，同時和紙盆的“R”邊部分共同構成順性元件）。

要求：垂直方向上順從性要好，而水平方向 上擺動要小。波主要的技術要求是變位。

材料要求：穩定性和耐久性要好（包括耐折和耐氣侯）適當的透氣性。

<3>振動盆（是揚聲器直接發聲的零件）。

揚聲器音質的好壞主要取決于振動盆，它是揚聲 器的核心零件。以前由于大部分揚聲器振動盆是紙做的，所以我們習慣上稱揚聲器振動盆為紙盆，其實這是片面的。振盆的主要技術要求是重量和頻率。

4.揚聲器的技術要求

4.1額定阻抗 Ze/Ω

<1>阻抗曲線：給揚聲器加任一頻率的電信號都有一個與之相對應的阻抗，分別把各頻率的阻抗值相連接得到一條曲線，該條曲線就是阻抗曲線。

<2>額定阻抗：在阻抗曲線上低頻率部分緊跟在第一個最大值之后的最小阻抗值即為揚聲器的阻抗。

揚聲器的阻抗在額定頻率范圍內不應小于額定值的80%，因為它影響到與之匹配的機器能否正常工作。

4.2額定共振頻率 F0/Hz

在阻抗曲線上出現第一個阻抗極大值所對應的頻率就是揚聲器的共振頻率。因為共振頻率可以大體反應揚聲器低頻工作能力，所以共振頻率是揚聲器的重要指標之一，尤其是對低音揚聲器/全頻揚聲器。

4.3額定功率 Pe/W

在這里我們所講的功率是以噪聲信號試驗為基礎的功率，即揚聲器用該功率的模擬節目信號作連續性負荷試驗，在規定的時間內工作而無永久性損壞。

<1>額定（噪聲）功率能連續承受100小時工作。

<2>長期最大功率能承受通1min。停2min，重復10次的最大功率。

<3>短期最大功率能承受通1sec。停2sec，重復60次。

4.4平均特性靈敏度級

<1>聲壓：聲音在傳播過程中引起大氣壓的變化，這就是聲壓。聲壓的單位是微巴（帕），正常談話的聲壓大約是2微巴。

<2>聲壓級：人耳從剛聽到的聲壓到能忍受的最大的聲壓可相差一億倍以上，因在實用上采用聲壓單位--微巴很不方便，而且人耳對聲音大小的感覺也并不與聲壓大小（微巴數）成正比。為此引入了聲壓級即dB的慨念。

<3>特性靈敏度級。

給揚聲器加某一頻率的信號，此時揚聲器產生的聲音dB數即為揚聲器在該頻率時的靈敏度級。當所加信號功率為1W，測試距離為1米時所得的dB數即為該揚聲器此頻率時的特性靈敏度級。dB/M。W。

在額定的頻率范圍內，將各頻率的特性靈敏度級進行平均后得到的dB數即為該揚聲器的平均特性靈敏度級。dB/M。W。如果沒有特別說明我們通常所講的靈敏SPL大都是指額定平均特性靈敏度級。

4.5額定頻率范圍

在額定的頻率范圍內得到的平均特性靈敏度級，在下降某一dB數（通常為10dB）后與頻率響應曲線相交兩點：

假定低頻為F1，頻為F2，F1-F2即為該揚聲器的有效頻率范圍。

4.6失真

將揚聲器發出的信號與輸入揚聲器的信號相比如果有不同，說明揚聲器產生了失真。揚聲器失真的大小主要取決于設計的合理性，材料/零件的質量和裝配的質量。

4.7指向性

揚聲器工作時，向不同方位聲音的幅射本領各不相同，也就是說揚聲器在工作時具有指向性。揚聲器幅射的方向性有兩種不同的表示方法：

<1>指向性頻響曲線：偏離揚聲器軸線不同角度處測得的一組頻響曲線。

一般相隔15度測一條頻響曲線。

<2>指向性圖形：在額定頻率范圍內測得的，隨角度改變的極座標響應曲線。測試頻率一般包括500Hz、1KHz、2KHz、4KHz、8KHz頻率。

4.8極性

按規定在揚聲器兩端加以瞬間直流電壓，引起模片向前方運行時，與電壓正極相連接的輸入端為揚聲器的正極。

4.9揚聲器的T-S參數（小信號參數）

汽車音箱將向長沖程、大功率、高靈敏度、寬指向性、低失真方向發展：就汽車超低音揚聲器來說，歐美國家將12英寸揚聲器做到單向振幅50mm，功率 2000W甚至4000W，靈敏度超過100dB，其寬指向性可使讀者全身感受到低頻而非聽出來的低頻。綜觀其結構可發現，其在磁路設計和振膜材料方面均有較大的突破。

全面與歐美新技術接軌，加強與歐美國際間的交流與合作，促使我國新材料研究與揚聲器技術設計方面的進步。