扬声器的工作原理

1、扬声器一. 术语扬声器(speaker, loudspeaker) 俗称喇叭；1993年出版的电声辞典指出: 扬声器是能将电信号转换成声信号并辐射到空气中去的电声按醴。据有关资料记载，最早发明扬声器在1877年，德国人西门子(E. W. Scimens)提出 了扬声器雏型专利，他首先提出了由一个圆形线圈放置在径向磁场组成的电动结构。1924年，美国的赖斯(C.W. Rice)和凯洛格(E. W. Kollogg)发明了电动式扬声器。二、扬声器原理扬声器应用了电磁铁來把电流转化为声音。原來，电流与磁力有很密切的关系。 试试把铜线绕在长铁钉上，然后再接上小电池，你会发现铁钉可以把万字夹吸起。当电流

2、 通过线圈时会产生磁场，磁场的方向就由右手法则來决定。扬声器同时运用了电磁铁和永久磁铁(图一)。假设现在耍播放C调(频率为256 Hz,即 每秒振动256次)，唱机就会输出256 Hz的交流电，换句话说，在一秒钟内电流的方向会 改变256次。每一次电流改变方向时，电磁铁上的线圈所产生的磁场方向也会随着改变。 我们都知道，磁力是同极相拒，异极相吸的，线圈的磁极不停地改变，与永久磁铁一 时相吸，一时相斥，产生了每秒钟256次的振动。线圈与一个薄膜相连，当薄膜与线圈一 起振动时，便会推动了周围的空气。振动的空气，不就是声音吗？这就是扬声器的运作原 理了。三、扬声器易响却难精扬声器在全世界每年的产量数

3、以亿计，它在通信、广播、教育、日常生活等方面有 广泛的用途，和布、帛、菽、粟一样成为人们不可须夷离开的东西。对我们从事扬声器设 计、制造的技术人员來说，对扬声器的理论、实践、工艺等方面需要深入、系统、全面的 了解。有人讲扬声器很简单，不过是雕虫小技，谁都可以生产扬声器，这话不能说全无道 理，声学本來就是一个小学科，扬声器更是一个小器件。不过十几个到几十个部件，生产 的门槛确是不高，但问题的另一面是扬声器乂不容易做好。扬声器是一个电声器件，是电声学研究的内容之一。电声学是包括电子学、声学、 电磁学、磁学等的交义学科。扬声器虽然只有不多的几十个部件，但是其复朵繁难的程度 远远超过我们的想象。这是因

4、为：（1）扬声器的能量转换层次多、反馈多。通常遇到的器件能量转换只是一种一次。 例如电动机是将电能转换为机械能。发电机是将机械能转换为电能。电灯是将电能转换为 光能。电池是将化学能转换为电能。这里发生的只是一种能量向另一种能量的转换。而扬 声器有所不同，它是将电能转换为机械能，再将机械能转换成电能，这是在诸种换能器中 不常见的。它的层次多、反馈多口然带來系统的复杂性和多样性。在一个扬声器系统中同 时存在电学部分、声学部分、能和力学部分（机械振动部分）。（2）扬声器工作状态不仅不是静止的，而11是振动的，这种振动乂是在三维空间。 这个三维空间的振动系统，具有多个边界条件，因此它的振动分析极为复杂

5、，一般的数学 工具已不够用。荷兰学者Frankort等导出锥体微分方程，是具有14个变量的联立一阶微 分方程，而11扬声器的振动还与频率和时间有关，实际上它处于多维空间之中。（3）扬声器振动系统只在低频区为一集中参数系统。在频率升高时振动系统不再 是刚体。在分析扬声器时，常釆用等效电路法，将扬声器看成由集中参数组成的等效电路。 因为我们对电路理论是熟悉的，所以用电路理论來分析扬声器会得心应手。在分析扬声器 振动时，假设扬声器是一个刚体，这样分析起來相应方便。但是上述的假设只是在低音频 段是合适的。在频率升高时，扬声器不再是集中参数元件，扬声器振膜不再是刚体，振膜 会出现分割振动。因此在高频段，

6、由刚体振动假设导出的分析一律失效，由等效电路推出 的公式失效。分布参数系统的特点还在于这些分散元件并不是彼此无关的。具体來说，振膜上每 一点的振动都不相同的，每一点振动都有不同的振幅与相位，而每一点乂相互影响。还可以同我们熟悉的蛀技术相比较。因为有了物理性能为大家所熟悉的电学元件 （电阻、电感、电容、晶体管、集成电路），以及大家所熟悉的电路原理，按电路图 可以装配成一个放大器，用这些元件不论是经验丰富的工程师还是初出茅庐的中学生其差 别是有限的。但对扬声器、音箱来说，就没有那么简单。相同的单元组装成音箱、若经验 不同，可能有相当大的差距。（4）扬声器的评价不仅取决于众多的客观测试指标，而11目

7、前客观测试指标不能 完全概括扬声器的质量。扬声器的客观测试指标有数10项之多，而J1有增加的趋势。大多数测量要求在消 声室内进行。尽管现在有了计算机辅助测量，但仍然代替不了消声室的测量。扬声器的主观评价是不可缺少的，而主观评价乂带有极大的离散性，它往往因人而 异、因时而异、因地而异、因曲而异，并IL自觉或不口觉地受到各种心理暗示的影响。评 价的结果不仅取决于聆听者的修养、素质、心理状态，而声音本身是转瞬即逝的，其难度 高于其他需主观评价的项目，比如评酒评茶等，它涉及心理声学、生理声学、环境声学、 音乐声学、数理统计方法等。（5）扬声器制造工艺乂涉及造纸、化工、粘合剂、金属加工、磁体制造等许多工 艺领域，体现了它的综合性与多样性。其中扬声器振膜材料的变化尤为重要，在几何形状 不变的条件下仅仅改变振膜的材料，不但客观测试指标会变，主观音质也会发生变化。由于以上5个方面给电声工作者带來许多费解的课题，也给扬声器技术抹上一笔迷 人的色彩。而扬