扬声器常识Word文档下载推荐.docx
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振动板、音圈、弹波、防尘盖
磁路系统:
铁片、铁心、磁铁
支撑系统:
铁框、端子、锦丝线、垫片
纸盆开口形状有圆形和椭圆形两种,其中圆口形最多,纸盆的断面形状亦有各种各样,但最多的是直线形,反抛物形和抛物形三种。
当然,鼓纸的纸本不一定全部是纸质的,亦有金属材料或合成材料做成的,如我厂目前还有PP胴体的鼓纸,PP胴体就其成型状态有两种,即片成型和注射型,英文分别为Sheet和Injection,我厂的PPBody成型为注射成型。
②平板形振膜扬声器:
辐射面呈凹形,所以在实际应用中会产生频率特性波动性衰减现象,这种现象叫“前腔效应”,从而大大降低了扬声器的活塞运动范围,为了克服此缺点,可以把振膜作为平板形状,为了进一步提高活塞运动范围,要对其结构和形状和所用的材料加以选择,平板形扬声器有直接驱动平板扬声器和在锥体内填有发泡树指等物质的填充型两种。
最近已有这种扬声器用于高保真扬声器。
③球顶形扬声器:
其振膜形状呈球缺形,从驱动方式看,它属于电动型扬声器。
球顶扬声器和圆锥形扬声器相比,效率稍低,但指向特性却非常好。
在所用材料上,从质地柔软的材料到硬材料各式各样都有,但根据振动板材料质地软硬不同,有软球顶和硬球顶之分。
最近在高保真扬声器系统中,所用中高音扬声器大都采用球顶扬声器,这主要虽为了获特纯的音质和良好的指向性。
④号筒扬声器:
振动板大都有是球顶形的,亦有部分其它形状的,它与圆锥形和球顶形扬声器最大的差别是由振动板直接鼓动周围空气氢声音辐射出去的,而号筒扬声器是由振动板产生的声音通过号筒辐射到空间去的,即为间接辐射。
在这种情况下,号筒就象一个变换器,它以足够魇负荷加到振动板上。
故号筒扬声器一般比圆锥形扬声器和球顶形扬声器效率高。
号筒扬声器按截面增长方式可分几大类,具有代表性的分类有:
圆锥形号筒,指数形号筒和抛物线形号筒等。
如果按号筒形状分,可分成下图所示五种形式,作为高保真扬声器系统,用号筒扬声器作低音单元的很少见,多半作中、高音单元。
⑤带状形扬声器:
这种扬声器的振膜是用非常轻的铝箔带条作成短带条形状,振膜本身就是导电性材料,将其置于磁场中,若通以信号电流即可振动发声,这种结构的振膜,其阻抗非常小,在和放大器及分频网络连接时,必须用匹配变压器。
⑥薄片扬声器:
这种扬声器的振膜是用耐高温分子薄膜作成,音圈装在或印行在高分子振膜上。
如果把这种印有音圈的高分子振膜置于特殊形状磁体构成的磁场体构成的磁场中,就可作成薄片形扬声器。
这种扬声器的音圈导线电阻可设计成数个Ω,可不需要匹配变压器。
另外它还具有输入容量大的优点。
在音质方面,它和带状扬声器一样,不失真的自然声音感可延伸到超高频段。
3、按用途分类
若按用途进行扬声器分类,主要他为全频扬声器、低音扬声器、中音扬声器、高音扬声器四种。
目前扬声器系统有的只用一个扬声器构成,有的用两种构成,有的三个以上构成,若用一个扬声器,这种扬声器的频带宽度要能够覆盖系统的重放频带范围,若用两个扬声器,这两个扬声器的选择要能分段覆盖系统的重放频带范围。
总之根据采用的方式不同,在各扬声器的选择上也不同,通常的高保真系统差不多都是采用三分频构成的扬声器系统,在这种系统上,为了能很好地进行低音重放,必须采用大口径的低音扬声器,高音重放时,要采用振膜小而轻的高音扬声器,因为用一个扬声器不能很好地同时进行高低音重放,所以,要采用高低分频段重放的专用高低音扬声器。
通过分频段重放,就可以构成一个整体性能良好的系统。
①全频带扬声器度(英文:
FullRange简称FL):
能够同覆盖系统,高低频段的扬声器叫全频带扬声器。
这种扬声器的振膜振动可产生从低音到高音的全频带声音,在全频带扬声器中,有单振动板的全频带扬声器,双振动板型和同轴型扬声器。
双振动板和单振动板扬声器一样,是一个整体结构,所以用起来很方便,但同轴型扬声器实际上是把两个扬声器做在一起,是一种多声道器件。
②低音扬声器(英文Woofer简称WF):
是为在低频段重放而设计的低间性能很好的扬声器,这种扬声器几乎全是圆锥型扬声器。
其重放频带下限应尽量的低,振动板振幅容许值尽量大些。
因此振动板口径应尽量大些。
为了提高振动板的振幅,要采用软而比较宽的支撑边。
一个良好的低音喇叭需具备如下条件:
a、要有强而有力的磁气回路。
b、振动板的直径要大。
c、档板和振动的凸缘边要柔软,而且在大振幅时仍保持良好的直线性。
d、振动系统不能太单薄,弹性要好,长时间振动不疲劳。
③中音扬声器(英文Midrange简称MID):
在三分频以上的多分频扬声器系统中,用以专门重放中音段的单元叫中音扬声器。
作为中音扬声器最重要的性能要求是声压频率特性曲线应平坦,失真小,指向性好,以及频率高等到。
这种单元所用表状,除圆锥型扬声器外,也常用球顶型和号角型。
④高音扬声器:
专门承受高频段重放的单元叫高音扬声器。
高音扬声器的一般工作频段范围在1~5KHZ以上,这种单元主要性能要求,除同于中音单元之外,还要求重放频段上限要高和输入容量要大。
高音扬声器有圆锥形、平顶、球顶型、号筒型、带状和薄片型等多种形式。
一个良好的高音喇叭应具备如下条件:
a、振动板的口径要小且轻。
b、高频特性平垣且伸展宽广。
c、高频失真小,指向性良好。
d、音圈直径小,线径细。
e、输入容量大。
第三章扬声器的性能
一、扬声器的电气特性
为了便于后面出现各英文代号表示的意思,首先要了解各参数的定义。
BL:
单体的动力即力系数,单位为特斯拉·
米(TM)
Fo:
单体在自由大气下的谐振频率或叫Fs,单位为赫滋(HZ)
Foa:
单体在加质量(Ma)后的谐振频率或叫Fsa,单位为赫滋(HZ)
Fc:
单体装箱后的谐振频率,单位为赫滋(HZ)
Fct:
单体装入测试箱后的谐振频率,单位为赫滋(HZ)
Mmd:
单体振动系的等效质量,单位为克或千克(g或Kg)
Mmr:
单体纸盆空气的辐射质量负载,单位为克或千克(g或Kg)
Mms:
包括空气的辐射质量的总的振动系的等效质量或Mo,单位为克或千克(g或Kg)
Ma:
测试砝码(通常为已知质量的粘土),单位为克(g)
Sd:
纸盆的有效振动面积
Cmb:
测试音箱的柔顺性,单位为(M/N)
Cms:
单体的机械柔顺性或Co,单位为(M/N)
Qms:
单体的机械Q值
Qes:
单体的电气Q值
Qts:
单体的总Q值或Qo
Qect:
测试箱内单体的电气Q值
Vas:
与单体柔顺性相当的空气体积,单位为升(L)
Vab:
未填充吸音棉的测试箱体积,单位为升(L)
Re:
音圈的直流阻抗即Revc或叫DCR,单位为欧姆(Ohm/Ω)
ACR:
公称阻抗即交流阻抗,在扬声器阻抗曲线峰值后最低点所对应的阻抗,单位为欧姆(Ohm/Ω)
Zmax:
单体阻抗曲线峰点对应的阻抗值,单位为欧姆(Ohm/Ω)
No:
参考效率即η,以百分比为单位(%)
Levc:
单体音圈的电感单位位毫亨(mH)
SPLo:
音压水准(SoundPressureLevel)或叫SPL或So,单位为分贝(dB)
Levc:
音圈的电感
(一)阻抗(Impedance)
①.扬声器单元的阻抗包括直流阻抗(DCR/Re)和交流阻抗(ACR)
a.指直流阻抗:
即DCR(Re),不受频率的影响(静态)。
亦即音圈线的阻抗。
它在阻抗特性上表现为一条直线。
b.交流阻抗:
即ACR,是指经过频率测定之公称阻抗或叫额定阻抗(动态)。
业余爱好者可用替代法测量扬声器单元的额定阻抗,按下图用恒流法去测量扬声器单元的
R
音频信号毫伏表电阻箱被测扬声器
发生器>30CM
用恒流法去测量扬声器单元的额定阻抗
额定阻抗,为了满足信号源为恒流源的测量要求,音频信号发生器的输出端要串一只阻值至少大于或等于被测扬声器额定阻抗值10倍的大电阻R。
调节音频信号发生器的信号旋钮,使输出信号频率从20HZ开始起缓慢上升,并联在被测扬声器两端毫伏表的电压值在达到第一个最大值后即开始下降,当毫伏表的电压值降至最低并开始上升时,停止改变音频信号发生器的信号频率,在保持音频信号发生器输出电压不变的前提下,记下毫伏表上的电压值。
用无感电阻箱代替被测扬声器单元,反复调节电阻箱的阻值,当毫伏表上的电压值恢复到原来的电压值时,这时电阻箱的阻值就是被测扬声器单元的额定阻抗值。
扬声器单元的阻抗特性是指将电信号加到扬声器输入端子,如果在保持输入电压怛定不变的条件下,变更信号频率,扬声器的输入阻抗会有很大的变化,在图表上表现为一条曲线。
如下图表。
把曲线上高于Fo(最低共振频率)时的最小阻抗值定义为扬声器的公称阻抗(标准阻抗),单位为Ω。
公称阻抗公差一般为±
15%,稍严一点为±
5~10%。
。
产生阻抗曲线的原因:
扬声器的音圈除了有它的直流阻抗外还有一定的电感。
当音频信号输入扬声器时扬声器的音圈即在磁回间隙中上下振动由于音圈的电感作用,这时在音圈中会感应出一个与音频信号反向的感应电动势,这个与音频信号反向的感应电动势会削弱音圈中的电流,从而使音圈的阻抗加大,随着音频信号的上升这种效应会越来越大,这种使扬声器单元的阻抗随频率变化的规律称为扬声器的阻抗特性。
一条完整的阻抗特性由音圈的直流电阻、音圈的感抗以及音圈在磁隙中上下运动时所产生的感应电动势这三部分组成。
使电动式扬声器的振动板发生振动的力,即磁场对载流导体的作用力,其大小为
F=BiL
式中,B:
为磁场中的磁感应强度(韦帕/米2或Wb/m2)
i:
为通过线径的电流(A),
L:
为音圈导线在磁场中的长度(m),
F:
为磁场对音圈的作用力(牛顿)。
然而一旦音圈受力运动,就会切割磁隙中的磁力线,根据法拉第电磁感应定律,音圈在磁隙中运动会产生感应电动势,这个效应称为电动式扬声器的电效应,其感应电动势的大少为
Σ=BLV
式中,V:
为音圈的振动速度(m/s),
Σ:
为音圈的感应电动势(伏特V)。
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,正因为电效应的存在,对扬声器的阻抗就产生了影响,出现了阻抗曲线。
有些人近似的把DCR与ACR用如下式表示ACR=1.08~1.2DCR.
检测ACR与DCR可用阻抗测试器.(台湾阳光Sunlight阻抗测试/频率计Model-152A)
测量单元的阻抗曲线可用LMS或CLIO等,下面是一扬声器单元的阻抗曲线。
Ohm
30
20
Zmax
10
9
8
7
6ACR
DCR
5HZ
2040Fo8010020050010002000500010K20K
ImpedancevsFreq
不同的扬声器有不同的阻抗曲线。
Fo,DCR,音圈电阻,音圈管材,铁心有无加短路环等都会影响阻抗曲线。
以下是几组阻抗曲线特性的对比图。
1.Fo1>Fo22.DCR1>DCR2
OhmOhm
①
②
Fo1Fo2HZHZ
3.VC1为不导电管VC2为导电管4.VC1线径>VC2线径
②
①
①
HZFoHZ
5.1铁心有短路环2铁心没有短路环6.1磁回较强2磁回较弱
FoHZFoHZ
(二)最低共振周波数或谐振频率(FO)
是指扬声器从低音域开始振动时,振动板最强烈振动所在点对应的频率,在测量扬声器单元阻抗特性时,阻抗曲线上阻抗值第一次达到最大值时(即Zmax)所对应的频率称为该扬声器单元的谐振频率或共振频率,简称FO。
为了便于理解,我们可以把扬声器的振动系统看成是具有一定质量的惯性体,而把Edge和弹波看成一个弹性体,这时扬声器的整个振动系统就象一个悬挂在弹簧上具有一定质量的重物。
从物理学中我们知道,它们具有一个固定的谐振点。
扬声器单元在谐振频率处振动系统的振幅最大,扬声器音圈在气隙中运动时产生的反向感应电动势也最大。
在FO以下,由于受扬声器振动系统劲度的控制,扬声器输出音压以接近12dB/oct的速度下降,因此扬声器的谐振频率点也是重放下限频率点
综合一下有三点:
①最强烈的振动对应频率点
②低音重放下限频率点
③阻抗曲线峰值对应频率点
FO可用下式表述FO=1/2πSo/Mms
或FO=1/2π1/Cms·
Mms
所以求顺性Cms=1/(2πFo)2·
式中:
So:
是振动系统的等效力劲,即支撑振动系统的鼓纸Edge和弹波等弹簧系统的刚度,其倒数是顺性Cms=1/So
即顺性Co,表示上述弹簧系统的柔软度。
力劲小,顺性大。
(单位为Kg)
即振动系统的等效质量。
是以鼓纸和音圈为主的振动系统等效质量Mmd及振动时附加在鼓纸两侧的附加质量Mmr之和。
从上式可以看出,扬声器单元的谐振频率与振动系统的等效力劲的平方根成正比,与振动系统的等效质量的平方根成反比。
要降低Fo值,振动系统就要重些,鼓纸边布和弹波要柔软些。
共振:
即策动力的频率与振动物体的固有频率相等时,振动物体的振幅最大,此种现象称为共振。
测试Fo值通常是在20℃相对湿度60%的条件下进行,Fo测试用Fo高速测定器,(台
湾阳光SunlighFo高速测定器Model-7117K)
用自动扫频振荡器(台湾阳光Sunlig自动扫频振荡器Model-7116C)可以粗略的测试其Fo值,但速度很慢,且不够精确。
业余爱好者可用下恒压法测量扬声器单元的谐振频率。
按图连接好,图中的R的阻值应小
音频信号被测扬声器障
发生器碍
R>30CM物
电子毫伏表
恒压法测量扬声器单元的谐振频率
于扬声器额定阻抗值的十分之一。
根据扬声器单元的谐振频率的定义,在谐振频率处扬声器的阻抗值最大,在信号发生器输出电压(大概1.0V)不变的情况下,这时扬声器音圈中的电流将最小。
当音频信号发生器输出的信号从20HZ开始上升时,电阻R两端毫伏表的电压值将逐步下降。
当毫伏表的电压值下降至最小时,音频信号发生器输出信号的频率即为扬声器单元的谐振频率Fo。
亦可用下恒流法测量扬声器单元的谐振频率。
按图连接好,根据扬声器单元的谐振频率的定义,在谐振频率处扬声器的阻抗值最大,在信号发生器输出电流不变的情况下,在阻抗最大
AC电压表
恒流法测量扬声器单元的谐振频率
时扬声器两端的电压(U=IR,I为恒定)将最大。
当音频信号发生器输出的信号从20HZ开始上升时,扬声器两端AC电压表的电压值将逐步上升。
当AC压表的电压值第一次上升至最大时,音频信号发生器输出信号的频率即为扬声器单元的谐振频率Fo。
影响Fo的条件
1、自然条件:
温度和湿度,湿度越大,Fo越低。
温度越高,Fo越低。
2、原材料:
鼓纸的Fo,弹波的柔软度。
3、输入功率:
通常在额定输入功率范围以内,输入功率如大时,低音谐振稍许下降,但将输入功率增加大超过额定输入功率之外时,Fo反会升高。
(三)扬声器的Q值:
Qts,Qms与Qes
又叫扬声器的品质因素。
它表示频响曲SPL10
在谐振频率Fo处SPL的尖锐程度,它在一定程(dB)4
度上反应了扬声器振动系统的阻尼状态。
扬声2
器的低频特性通常由扬声器Qts及Fo决定,其10.5
中Qts的大小与扬声器单元在Fo处的声压有0.2
关,其图如右0.1
Qts值是一个很难理解确很重要的参数,它
在一定程度上反应了扬声器振动系统的阻尼状10204060801002004006008001K
态(即振动衰减的快慢)和共振锐度,那么振Qts处与Fo处声压级之间的关系
很快停止的叫Qts低,振动不易停止的叫Qts高。
Qts值过低时扬声器的输出音压还没到Fo处时就迅速下降,扬声器处于过阻尼状态,造成低频衰减过大;
Qts值过高时扬声器的输出音在Fo处会出现一个峰,扬声器处于欠阻尼状态,低频得到过分加强,Qts值越大,峰值越陡。
有几种方法可求得或测得喇叭单元的Qts值。
第一种.Qts值可用此公式求得:
Qts=Re/(BL)2*Mms/Cms
式中,Re:
即音圈的直流阻抗DCR。
B:
表示扬声器磁间隙中的磁感应密度。
表示扬声器音圈线的有效长度。
即顺性,振动系统的顺性,即力劲Co的倒数。
即振动系统的等效质量(Mmd)。
是以鼓纸、弹波、音圈、防尘盖为主的振动系统等效质量及振动时附加在鼓纸两侧的附加质量(Mmr)之和。
单体的力系数BL值在后面第五点讲解。
下面介绍怎样测试单体振动系的等效质量Mmd和单体纸盆空气的辐射质量负载和Mmr。
有三种方法可求单体振动系的等效质量Mmd:
直接秤重法
①.直接要求供货商提供相关资料。
这种方法不但精确可靠,也是最省时的方法,Mmd是以鼓纸、弹波、音圈、防尘盖为主的等效质量及振动时附加在鼓纸两侧的附加质量Mmr之和即
Mms=Mmd+Mmr
②.增加质量法(DeltaMass)
首先求Mmd:
增加一块经精密测量重量为Ma的粘土于单体的纸盆上,测出此时加重后的Fo即Fsa,为求精确,测试单体要夹紧在悬挂的表面上。
所加的重量Ma至少要让单体的谐振频率改变25%才足够,即加重后的谐振频率Fsa等于未加重时的谐振频率Fo的70~75%,不可太轻。
Mmd可由下式求得。
Mmd=Ma/[(Fo·
Fsa)2-1](A)
然后求Mmr(单体空气质量负载):
空气有重量而且对纸盆表面质产生压力,在计算振动系统有效质量时必须考虑在内。
辐射空气质量负载可籍由纸盆的总表面积计算如下:
Mmr=0.575·
Sd1.5(B)
由(A)(B)即可得到Mms=Mmd+Mmr,下表列出不同直径单体典型自由大气压下的辐射空气质量负载
Diameter
Sd(M2)
Mmr(g)
3”
0.0038
0.1
4”
0.0050
0.15
4.5”
0.0055
0.2
5”
0.0075
0.35
5.25”
0.0089
0.5
6”
0.0125
0.8
6.5”
0.0165
1.2
8”
0.0220
1.9
10”
0.0330
3.5
12”
0.0530
7.0
15”
0.0890
15.3
18”
0.1300
27.0
③.DeltaCompliance(测试箱)法
采用上述增加质量的方法会使Fsa比单体在自由大气下的谐振频率还要低,如果遇到谐振频率很低的单体,甚至Fsa小于10HZ,会因为到达测试仪器的低频极限而无法测试,DeltaCompliance(测试箱)法具有相反的效应使得单体的谐振频率提高,不但容易测量而且所需的测试仪器也不用太高档。
这个测试方法所用的测试箱为密闭式,所有结合处都必须经过不透气处理,同时单体最好口径朝箱内安装,喇叭在外面。
如右图。
口径测试箱(L)
喇叭与测试箱之间不可漏气。
音箱尺寸必4~5”3.54
须提供比自由大气下的谐振频率高50~100%密闭式6~7”14.16
的改变量。
而与Vas有关,如果能从单体获TESTBOX8”28.3
得Vas值,所需要测试箱的体积大约是Vas10”41.5
值的一半。
右表列出一些箱的容积和所适用12”56.6
的单体,以便能测试不同尺寸的单体。
表中15”70.8
的测试箱总体积为内部容积,加装单体开孔的容积。
而将这些容积可乘以1.02,以便将纸盆前方的体积估算进去。
用测试Fo同样的方法可测出音箱的谐振频率Fc,计算音箱的柔顺性Cmb:
Cmb=Vab/1.42·
E5·
Sd2(米/牛顿)
式中Vab单位为立方米,Sd单位为平方米,Mmd可由下式求得
Mmd=Cmb-1-Mmr[1.85(2πFc)2-(2πFo)2]
(2πFc)2-(2πFo)2
式中Cmb单位为米/牛顿(M/N),Mmr单位为公斤(Kg)。
而Mms=Mmd+Mmr
由以上可知,扬声器的Qts值与很多因素有关,我们可以利用这些因素来适当的控制扬声
器的Qts值。
扬声器的Qts值与扬声器单元的振动系统等效质量的平方根成正比,而与振动系统的顺性的平方根成反比,改变扬声器单元振动系统的等效质量和振动系统的顺性可在一定程度上可控制扬声器的Qts值;
由于扬声器的Qts值还与扬声器磁间隙中的磁感应密度的平方成正比,因此改变扬声器磁间隙中的磁感应密度可更有效地改变扬声器的Qts值。
目前大多数以此种方法。
虽然用上式可直接计算扬声器的Qts值,但由于公式中的一些参数测试起来比较麻烦,所以扬声器的Qts值大多由以下公式求得:
第二种Z12=(Zmax2+Re2)/2
Qms=Fo/(F2-F1)Qo=Qms·
Re/Zmax
Qts=Fo/(F2-F1)·
Re/Zmax=Fo/△F·
Re/Zmax
式中,Fo:
指扬声器单元的谐振频率。
Re
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