扬声器基础知识培训资料

TCL Home Networking BUTCL家庭网络事业部TCL AV事业部 -电声实验室培训资料赵福彬2010-12-17V0.1 1/43扬声器基础知识1、扬声器的一般介绍2、电动式扬声器的工作原理3、电动式扬声器的结构TCL Home Networking BUTCL家庭网络事业部1.扬声器的一般介绍2/431.扬声器是一种电声换能器，它通过某种物理效应把电能转换成声能。用以实现电声能转换的物理效应有很多，因此，按物理效应的不同，可能把扬声器分成若干类型。 1.1如利用馈有音频电流的电磁铁与连有振膜的衔铁之间相互作用来实现电声能之间的转换的，称为电磁式扬声器 。（ 利用了磁极之间的互相 吸引力）TCL Home Networking BUTCL家庭网络事业部1.扬声器的一般介绍3/431.2利用压电体的反向压电效应来实现电声能之间转换的，称为压电扬声器。 TCL Home Networking BUTCL家庭网络事业部1.扬声器的一般介绍4/431.3 利用作用于电极间的吸引力来发声的扬声器 .该 speaker是将可动电极（振动板）和固定电极放置在相反方向，形成一种电容，在这两电极间增加电压，利用电荷产生的吸引力而做成的 speaker。两电极间增加 bias用的直流电压和声音电压，为了改变吸引力而使振动板（膜）振动，使得声音辐射出去。TCL Home Networking BUTCL家庭网络事业部1.扬声器的一般介绍5/431.4电容式扬声器利用电容器极板之间的静电力来实现电声能转换的称为电容式扬声器或电放型扬声器。TCL Home Networking BUTCL家庭网络事业部1.扬声器的一般介绍1.5 利用磁场对载流导体的作用来实现电声能之间的转换的，称为电动式扬声器。如果将磁场中的导体做成线圈的形式，则又称为动圈式扬声器。上述各种扬声器中，电动式扬声器结构简单，性能良好，品种繁多，使用最为广泛，是当前扬声器生产的主流。6/43TCL Home Networking BUTCL家庭网络事业部1.扬声器的一般介绍1.5.1.近几年来，随着数码技术的发展以及人们欣赏能力的提高，对扬声器的音质提出了更高的要求。要求扬声器同时具备承受功率大，动态范围大，失真小，频响宽广平坦和瞬态响应良好的特性。为了适应这一要求，人们设计了各种各样的电动式扬声器，按其振膜的不同，可分为：1.5.1.1锥形扬声器（其振膜为圆锥形） 。7/43TCL Home Networking BUTCL家庭网络事业部8/431.扬声器的一般介绍1.5.1.2球顶形扬声器（其振膜为球顶形） 。TCL Home Networking BUTCL家庭网络事业部9/431.扬声器的一般介绍1.5.1.3平板形扬声器(其振膜为一平板）1.5.1.4带式扬声器（其振膜为金属薄带） 。TCL Home Networking BUTCL家庭网络事业部10/431.扬声器的一般介绍1.5.1.5号角扬声器 (其外观为喇叭口形状） 。TCL Home Networking BUTCL家庭网络事业部11/432.电动式扬声器的工作原理电动式扬声器自 1925年创立至今，已有 80年的历史，结构上作过很多改进，使扬声器的性能有较大的改善。锥形扬声器多为直接辐射式扬声器，其振膜直接向周围介质（空气）辐射声波。其圆锥形的振膜，通常为纸质，俗称纸盆。1.使电动式扬声器的振膜发生振动的力，即为磁声对载流导体的作用力，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（单位： Wb/m2)TCL Home Networking BUTCL家庭网络事业部12/432.电动式扬声器的工作原理i为流经音圈的电流（ A）。l为音圈导线的长度（ m）。F为磁场对音圈的作用力（ N）。然而，一旦音圈受力运动，就会切割磁隙中的磁力线，从而在音圈内产生感应电动势，这个效应称为电动势换能器的电效应，其感应电动势的大小为：E=Blv式中 v为音圈的振动速度（ m/s）。E为音圈中的感应电动势（ V）。TCL Home Networking BUTCL家庭网络事业部13/432.电动式扬声器的工作原理电动式换能器的力效应和电效应总是同时存在，相伴而生的。以后我们将会看到，由于电效应的存在，将对扬声器的电阻抗特性产生极大的影响。音圈在磁场中的受力情况，如下图所示。TCL Home Networking BUTCL家庭网络事业部14/432.电动式扬声器的工作原理中间是圆柱形（ T铁中柱）的 N极，外面是环状（华司）的 S极，磁场（ B）的方向由 N极至 S极。环形气隙内为导线环（音圈） l，若电流由“ ” 端流入，由 “ ” 端流出，则音圈所受的力 F的方向，由左手定则决定：左手平伸，使拇指和其它四指垂直，若磁场（ B）的方向指向指心，其余四指指向电流的方向，则拇指所指的方向即为音圈受力的方向，如上图中箭头所示的力 F的方向。若改变电流的方向，则力 F的方向亦随之改变。TCL Home Networking BUTCL家庭网络事业部15/432.电动式扬声器的工作原理如果流经音圈的电流强度和方向均随时间不断的化，则电动力 F也就随着电流强度和方向的变化而变化。显然，电动力的方向就是音圈的移动方向，这样，随着电流强度和方向的变化，音圈就在空气隙中来回振动，其振动周期等于输入电流的周期，而振动的幅度，则正比于各瞬时作用电流的强弱，若将音圈固定在一个膜片（纸盆）上，并输入音频电流，则振膜在音圈的带动下产生振动，从而向周围介质辐射声波，实现了电声能之间的转换。TCL Home Networking BUTCL家庭网络事业部16/433.电动式扬声器的结构3.1电动式锥形扬声器的结构如下图所示不防磁扬声器 半防磁扬声器全防磁扬声器TCL Home Networking BUTCL家庭网络事业部17/433.电动式扬声器的结构3.2电动式球顶内磁扬声器的结构音膜 U铁 /磁铁 /华司TCL Home Networking BUTCL家庭网络事业部18/433.电动式扬声器的结构3.3 扬声器的各种部件简介：按其作用的不同，可分为振动系统和磁路系统两部分。磁路系统提供策动音圈所必需的磁场，与音圈一起组成策动元件，通过电动力效应，激发振动系统的机械振动，从而向空所辐射声波。此外，还有把上述两部分组成牢固的整体所必须的部件，如盆架。现分别对扬声器的振动系统和磁路系统作进一步的简介：3.3.1扬声器的振动系统扬声器的振动系统，包括策动元件音圈、辐射元件振膜和保证音圈在磁隙中正确位置的弹波，另外，还要加上防尘盖。TCL Home Networking BUTCL家庭网络事业部19/433.电动式扬声器的结构3.3.1.1音圈音圈是整个振动系统的策动源，是用漆包线在纸质或金属的线架上绕制而成。前一种线圈架是用浸过胶的纸制成，后一种是用铝箔或杜拉铝箔制成，通常用自粘漆包线边绕边喷酒精，绕成后稍稍加热烘干即成。线圈的绕制层数 ,通常都为偶数，因此线圈引出线的那端都在靠近振膜的那一端，便于引出。为了充分利用磁隙的空间，还常常采用矩形截面的导线来绕制音圈，常用的导线材质为：铜、铜包铝、铝、高级音圈采用纯银线。TCL Home Networking BUTCL家庭网络事业部20/433.电动式扬声器的结构3.3.1.2振膜振膜是振动系统的主要部件，最常用的纸质振膜（纸盆）。目前我国生产纸盆的方法是： Press,Non-Press,Semi-Press.鼓纸 音膜TCL Home Networking BUTCL家庭网络事业部21/434.电动式扬声器的部品3.3.1.2振膜扬声器的频响特性，在很大程度上取决于纸盆的性能，而纸盆的性能又决定于纸盆的材料，几何形状和加工工艺。一般说来，对于纸盆材料的要求，是三种特性综合较好，即纸盆好：A）材料的密度（ P）要小。B）材料的机械强度要大，或者说，材料的杨氏模量要大，与 A）合在一起，即 E/P大。C）具有适当的内部阻尼。为了综合上述三个要求，人们采用了各种各样的措施：TCL Home Networking BUTCL家庭网络事业部22/433.电动式扬声器的结构3.3.1.2振膜a：在纸浆中渗入适量的复合材料，如碳纤维，羊毛，用此制成的扬声器有较好的性能，具体表现在：纸盆刚性大，可展高扬声器作活塞振动的频率范围，展宽高频宽度；在与同等厚度的纸盆喇叭相比，用此纸盆的喇叭的输出声压要高；有适当的内部阻尼，可以抑制纸盆的分割振动，使频响特性比较平坦。b：在纸盆上镀金属材料，以提高杨氏模量。 c：采用金属材料，为获得适当内部阻尼， 常常在反面贴发泡板。 d：采用强化发泡材料，如发泡 PP，发泡镍TCL Home Networking BUTCL家庭网络事业部23/433.电动式扬声器的结构3.3.1.2振膜e：采用蜂巢结构。蜂巢芯的空隙率约为 90%，因蒙皮采用刚性高的材料，所以具有既轻而刚性又高的特点。又因芯和蒙皮是粘接而成，具有较大的内部阻尼，因此是较为理想的振膜材质，目前平板扬声器的膜，多采用此种材质。f：采用高分子复合材料。如在纸盆内加云母，加石墨。因 E/P大和阻尼适当，这些材料做成的喇叭可获得宽而平坦的频响和低失真。综上所述，是对扬声器振膜材料的一般要求，以及为达到这些要求而采取的一些措施。当然，对于不同用途的扬声器，对振膜材料的性能要求也是不同的。如高音喇叭，主要着重的是 E/P，而不是内部阻尼。TCL Home Networking BUTCL家庭网络事业部24/433.电动式扬声器的结构3.3.1.2振膜扬声器振膜的形状，可以分成各种各样，可以是圆形的，也可以是椭圆形的。在圆形纸盆中，又要分为球顶形，平板形，锥形。而在锥形纸盆中以可按母线的形状，分为直线形和曲线形。曲线形纸盆的母线有的采用圆弧的一段，有的采用抛物线或指数曲线。有的在纸盆上还有一圈圈的波纹。纸盆的形状和顶角的大小，对于扬声器性能影响极大，必须按照扬声器的设计要求加以适当选取一般说来，直线形纸盆抄纸和加压的模具比较简单，但有一个缺点，即当加给扬声器的功率超过一定限度时，纸盆表面会产生某些频率的振动，从而影响放声质量，而曲线形纸盆就可避免这一现象。TCL Home Networking BUTCL家庭网络事业部25/433.电动式扬声器的结构3.3.1.2振膜为了改善高频的重放，纸盆的厚度往往从基部向顶部逐渐加厚。而为了降低纸盆的谐振频率，改善低频的重放，就必须使纸盆基部的支撑部分具有较大的顺性。通常把基部做薄一些，软一些。随着音箱的小型化，对扬声器提出了小口径，高顺性的要求。因此，各种复合边扬声器相继出现。目前常见的高顺性折环材料为：橡胶边，泡棉边。TCL Home Networking BUTCL家庭网络事业部26/433.电动式扬声器的结构3.3.1.3 弹波弹波的作用是保证音圈在磁隙中的正确位置而不与磁体相碰，它的外缘常固定在盆架上，而内缘则与音圈相连。因它在保证音圈在磁隙中的正确位置的同时，必须尽量减少对音圈运动的影响，这就要求它同时具有极大的径向劲度和极小的轴向颈度。弹波波纹的深度和形状决定了扬声器的振幅。对于大功率的扬声器，为了增加径向颈度，经常做成双弹波。TCL Home Networking BUTCL家庭网络事业部27/433.电动式扬声器的结构3.3.1.4 防尘盖弹波的作用主要是防尘。另外还有改善扬声器特性的作用。TCL Home Networking BUTCL家庭网络事业部28/433.电动式扬声器的结构3.3.2扬声器的磁路系统 .(外磁式）这种结构的磁铁尺寸不受限制 ,因此 ,间隙的磁感应强度大小主要决定于导磁材料 (T铁 &华司 )的性能 . 含碳量低 (软性 ) 材料导磁性能好TCL Home Networking BUTCL家庭网络事业部29/433.电动式扬声器的结构3.3.2 .1 T 铁导磁材料 T铁的性能要求 . 如 :日本行业要求的 SWRCH 6A美国行