电动扬声器 070411 For Best BuyWord格式文档下载.docx

1、按用途收音用；扩声系统用；汽车用；乐器用；电子玩具用；高保真用；专业监听用；特种用途扬声器（防水；防火阻燃；防爆、报警、电磁式发声体等）1 电动式扬声器工作原理 电动式扬声器是1926年开始出现的，由于它的声指标很高和结构简单坚固，成本低谦，所以80多年来一直是世界上最广泛采用的一种扬声器。台湾省各扬声器厂几乎99%都是生产此类产品的。本节以圆锥形扬声器为主加以说明。工作原理 电动扬声器的工作原理是利用磁场与载流导体的相互作用效应。若电流由端流入纸内，由“”端出来，则音圈L所受的力F方向，由左手定则决定：左手平伸，使拇指和其余四指垂直，若磁场（B）的方向指向掌心，其余四指指向电流方向，则拇指所

2、指的方向即为音圈受力的方向。若改变电流方向，则力F的方向亦随之改变。力F的大小由下式决定：F=BLI式中： B为磁隙中的磁应密度（韦伯/米2）；I为流经音圈的电流（安培）；L为音圈导线的长度（米）；F为磁场对音圈的作用力（牛顿）。磁通单位在国际单位制中是Wb（韦伯），磁通密度单位在国际单位制中是韦伯/米2，单位为：T（特斯拉）。电效应 使电动式扬声器的振膜发生振动的力F，即为磁场。对载流导体的作用力，称为电动式换能器的力效应。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，这个效应称为电动式换能器的电效应，其感应电动势的大小为：e=BLV V为音圈的振动速度（米/秒

3、）；e为音圈中感应电动势；B为磁隙中磁感应密度（韦伯/米2）4.电动式换能器的力效应和电效应总是同时存在，相伴而坐的。由于电效应的存在，将会对扬声器的电阻抗特性产生极大的影响。 若将音圈固定在纸盆上，并输入音频电流，则音圈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，纸盆在音圈的作用下产生周期的振动，从而向周围介质辐射声波，实现了电能与声能之间的转换。2 基本结构电动扬声器的主要零件有11种左右，在结构上可以分做3个部分1）振动系统：振动板（Cone paper） 一般称为鼓纸；音圈（Voice coil）；档板（damper）又称为定心支片，弹波。2） 磁路系统：磁铁

4、（magnet）；轭（yoke）又称T铁；上片（plate）（导磁板）.3） 辅助系统：支架（frame）又称盆架；矢纸（gasket）又称压边；端子（terminal）接线端；导线（Leader wire）；防尘罩（cap）3 对零部件的具体要求1.振动系统（1）振动板（cone paper） 振动板是扬声器的主要零件之一，一般称之为鼓纸，它对扬声器的性能和音质，有决定性的影响。极端说来，“没有好的鼓纸就做不成好的喇叭”。下面分就其形状、材质、质量和制造方法及其如何对扬声器的音质、性能有如此莫大的影响来加以说明。振动板的形状（A）断面的形状： a.反抛物线形 b.直线圆锥形 c.抛物线形 （

5、喇叭花形） （a）是一般常用的形状，高频共振频率高，适用于全音域用。Fo高（b）是介于a,c之前，适用于中、小型扬声器（中音域、全音域）之用（c）适用于低音再生之用。又因其深度较深，故用为复合扬声器中低音喇叭。这种复合喇叭通常是把高音喇叭或中音喇叭放在低音喇叭内侧空间内，所以深度越大越好用了。一般说来，在设计（或选用）振动板时，必须依据其性能上的需要，来决定它的深底（内高），颈部直径，外径及顶角；但是顶角大时深度比较浅，多适于低音喇叭用。（B）平面形状： 就振动板的平面来看，最多是圆形振动板，以立体来看则是圆锥形（cone）的最多，所以叫作cone paper。为了配合机器安装位置的要求。椭圆

6、、长方形、跑道形及其他形状的喇叭问世。就性能来说，椭圆的确不如圆形，其失真率也比圆形大了不少。因此HiFi用的高级喇叭，几乎没有不是圆的。（C）波纹：（corrugation）从振动板的颈部到边缘的凸缘之间的斜面上，有若干凸起和凹下的环形纹横向其间，这些环状纹就叫做波纹，通常与振动板呈同心圆和同心椭圆的形态，以放射状方向，一圈一圈的平行于振动板斜面上。波纹有上图所示的各种形状。波纹的目的在于缓和振动板因分割振动而在高音共振带域所造成的峰谷面，而使频率响应的峰面较为平坦，同时也能增加振动板的强度。8喇叭加波纹后高音域特性所获得之改进小喇叭在颈部附近加设波纹时可以压抑高音效果，所以叫做减低高音波纹

7、。分割运动，是因为振动板各部分的个别运动，而发自各个部分的声音，相互辐射干涉，由于相对的相位不同而产生或高或低的频率响应。这种状态因周波数而变化，所以产生高音域特性所在的峰或山谷。介加上波纹之后，可以产生机械滤波作用，适当的控制共振状态，减低峰谷面的差距，同时也对振动物发生补强的作用及减少分割振动。至于加设波纹的位置，凹凸的大小和波纹的数量，却是要求实验中求得。对于低音喇叭或者高音特性本来就好的喇叭，就无需再加上波纹了。振动板的材料和制造（A）振动板材料大致分作下列三种：（a）纸（纸浆、纤维）；（b）树脂（聚酯系、酚树脂系）；（c）金属板。现在振动板用的材料以纸制者占绝大多数。（B）对纸盆材料

8、的要求： 一般说来，对于纸盆材料的要求，是同时具备三种特性，即（a）材料的密度要小。质量轻可以提高效率，过渡特性良好。（b）材料的机械强度要大，或说材料的扬氏模量E要大，即要求 （材料的比弹性率）的值要大。这可以扩展频宽，过渡特性良好，高音域亦得扩展。（c）具有适当的内部阻尼，即内部馀空要适当的大，可以压制分割运动，借以减低高音共振的峰谷面，使周波数特性平坦，过渡特性良好。内部余空是指制成振动板后，纸内部并非压死如板状，而为有若干的空余而言。制造振动板（cone paper）的材料（1）纸桨BSP晒亚硫酸PULP USP未晒亚硫酸 PULPBKP晒KRAFT PULPUKP未晒 KRAFOT

9、PULP纤维植物纤维种子毛纤维棉、木棉、橄榄果实毛纤维玉蜀黍、竹、大麻、马尼拉麻、三桠、褚木 材纤 维针叶树暇夷松、红松、枞（FIR）、？木阔叶树杨、白桦、榉动物兽犬毛纤维羊毛、山羊毛胶原纤维胶原蚕丝纤维蚕丝（2）树脂人造纤维化学、合成纤维螺萦、PP、耐隆无机纤维玻璃纤维、炭纤维塑胶电木、聚脂、MYLAR（3）金属板或箔铝、杜拉铅、铍（Be）（C）为了同时达到上述要求，人们采取了各种各样措施：具有密度小、刚性大、阻尼适当的特性，且兼了耐热、耐蚀、稳定等优点，用以制成的扬声器纸盆有较好的性能，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，提高高频重放频率；在纸盆厚度相同的情况下，碳纤

10、维纸盆轻而刚，因而输出声压较高；因有适当的内部损耗（阻尼），可以抑制振膜的分割振动，使频响特性比较平坦。（b）在纸盆上蒸发上一层金属铍（Be）以提高纸盆的E/的值。（c）采用金属材料（如铝合金），为获得适当阻尼，常常做成多层结构，层间填以高阻尼树脂。（d）采用强化发泡金属，如发泡镍层，因气孔率可达98%，所以密度很小。（e）采用蜂巢板结构，蜂巢蕊的空隙率约为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，又因为蕊和蒙皮是粘接而成的，具有较大的内部阻尼，目前平板扬声器的膜多采用此种材料。（f）采用高分子复合材料。如云母和聚芳基物型（PA）树脂组成的复合材料，石墨聚合物复合材料等等，

11、都是目前国际上新发展起来的振膜材料。这些材料都具有大和阻尼适当的特点。由这些材料做振膜的扬声器，可获得宽而平坦的频率响应和较低的谐波失真。对于高频扬声器要求值大的金属材料为主。对中频扬声器要求大和内部阻尼大，对低频扬声器要大的和大的内部阻尼。（g）为了保证纸盆只沿扬声器的轴向运动，限制和减少纸盆向横向运动，纸盆的周边均设计有折环。折环是纸盆的支持部分，可保证纸盆与盆架的良好配合。同时，折环还起着阻挡纸盆前后空气流通的作用，使纸盆的支撑有更大的顺性。目前国内常见的有橡皮折环、胶布折环、尼龙折环、泡沫折环等。这些复合边扬声器都有谐振频率低、失真小的特点，但往往灵敏度较低。（2）档板（damper）

12、又称定心支片或称弹波 定心支片的作用是保证音圈在磁隙中的正确位置而不与磁体相碰。因它的外缘固定在盆架上，而内缘则与纸盆的顶部相连，因此，定心支片在保持音圈在磁隙中的正确位置的同时，必须尽量减小对音圈运动的影响，这就同时要求定心支片具有极大的径向劲度和极小的轴向劲度。只有这样，才能保证径向有良好的机械强度以保持音圈的中心位置，又能保证扬声器有较低的谐振频率和较小的失真。在某些大功率扬声器中，为了增加径向劲度，经常将定心支片做成双层的。常用布和绢布（人造纤维），经浸润树脂后以小型冲床加热成的。（3）音圈（Voice Coil） 音圈可以说是扬声器的心脏，也是扬声器的重要组件之一。 对音圈的要求：音

13、圈质量：愈轻愈佳；承受较大的功率；有良好的散热；有效地利用磁隙：采用扁铜线。 制造音圈的材料几乎都用铜线和铝线 软铜线 8.9103（kg/m3） 导电率 5.8107（v/m） 铝铜线 2.7103（kg/m3） 导电率 3.54 音圈导体的质量对扬声器的效率有直接的影响，音圈较重时，会使高音的频率响应低落，所以音圈的质量是愈轻愈佳。 对大功率扬声器采用铝音圈，即采用铝制的纸管，籍以提高音圈散热功能。为更有效地利用磁路间隙，也有采用扁平漆包线绕制的，可以提高扬声器的性能，不过价格较高。2.磁路系统： 扬声器的磁路系统包括永磁体（即磁钢）、轭（yoke）又称T铁、上片（导磁板等），而在气隙中利

14、用永磁体所提供的磁能。（1）永磁体： 永磁体由硬磁材料制成，其作用是在气隙中产生恒稳磁场。磁路设计的根本目的就在于设计一种磁路结构，以体积最小，价格最廉的磁钢，在气隙中产生既定的磁感应密度。而单位体积的永磁体向外空间所发出的能量，是与它的磁能积（BH）成正比的。式中H为磁场强度，B为磁感应密度又称磁通密度。B的单位是T（特拉斯）。描述永磁体性能指标，除了剩余磁感应密度Br，矫顽力Hc以外，还有最大磁能积（BmHm）max值。磁滞回线第二象限象部分称为该磁体的去磁曲线。去磁曲线上的各个点相应于不同的去磁情况。 B （BdHd）为最大矫顽力Hc剩余磁感应密度Br。（D）点称为最佳工作点，其所对应的

15、磁能积（BdHd）达到最大，其输出的能量也为最大，（A）点、（B）点磁体不向外界空间输出能量。目前常用的永磁体材料有三类，即铝镍钴材料、铁氧体材料和稀土材料。铝镍钴材料的特点是最大磁感应密度Br大，磁能积（BH）max大，而矫顽力则相对地较小。用这种材料做成的永磁体，截面可以做得较小，但厚度必须较大。在内磁结构的磁路中，多采用这种材料。而铁氧体材料的特点是矫顽力Hc较大，价格低，外磁结构多采用这种材料。铁氧体永磁材料有各向同性各向异性钡铁氧体和锶铁氧体。稀土钴材料不仅有大的磁能积，而且有大的矫顽力，因此可以制成小而薄的永磁体。金属磁性材料（铝镍钴材料、铁氧体材料），铁氧体磁性材料又统称硬磁材料

16、。它的基本特点是能在工作气隙中造成很大的磁场能。永磁材料矫顽力高，经饱和磁化再去掉外磁场时，将储存一定磁能量，能在较长时间内保持强的和稳定的磁性。轭（yoke）又称T铁和磁石上片（plate）又称导磁板构成了磁路。轭作用是在形成磁极的同时，把发生在永磁铁的磁通量导向磁隙（Gap）之内，通过轭的磁通量，决定于其材质和断面（厚度），如果材质不佳和断面的厚度不够时，则导入磁隙之内的磁通量少，浅漏的磁通量就多，通常使用软铁（低炭钢），必要时也可以使用纯铁。3.辅助系统（1）支架（Farme）也叫框架、盆架。一般用0.6mm0.8mm钢板冲压成型，再电镀或喷漆增加防锈效果，对Hi-Fi高级扬声器也有使用

17、铝铸或锌铸的支架。对支架要求是坚固美观。 中高音支架多为密闭式的，多防止驻波的发生和调整f0、Q0之需要在支架内填入吸音材料。（2）矢纸（Gasket）有人称之为垫圈矢纸的作用是贴在振动之上，使振动板与支架密切粘接，在振动时不致脱落，消除因部分粘接不牢，在振动时发生异常的声音。矢纸的材料，一般使用灰纸板按照所要的厚度裱制而成的，最上面一层贴黑色纸，再经？压平整厚度平均后，送入冲床压制而成的。依需要也有使用塑胶或合成橡胶制造的，大多是为了防水和耐磨的需要。（3）防尘罩（Dust Cap） 防尘罩主要是防止灰尘等杂物从振动板的前面进入磁隙之内。材料大都是布、不织布、纸、塑胶薄膜和金属膜。由于纸、塑

18、胶薄膜和金属膜都对振动板有补强作用，而且从防尘罩也有声音的辐射，所以它的大小和形状对于周波数的特性都有影响。象鼻帽（4）此外还有导线和端子板这两种附属性的零件，这里不再赘述了。4电动式扬声器的电声参数1、电声参数扬声器的电声性能可以用一系列的电声参数加以描述中，称为扬声器的电声参数，或电声性能。1）最大噪声功率（噪声功率）也可称为额定噪声功率：扬声器能长期工作的电功率扬声器的额定最大噪声功率通常标志在扬声器的铭牌上。它是指产品标准对该扬声器在额定频率范围内，用规定的噪声信号测试结果为基础所规定的功率值。扬声器（通常不带障板）应能承受在额定频率范围内馈以该功率值的模拟节目进行负荷试验100小时。

19、额定最大噪声功率值系列：1.0，1.25，1.5，2.0，3.0，4.0，5.0，6.3，8.0W，所有大于10小于1的值，均可用10的整数幂（如10，100或0.1）乘上以上系列的数求得。2）额定阻抗及阻抗曲线扬声器的阻抗特性反映了扬声器的振动系统随频率变化的特性。这是对扬声器机械振动系统设计的直观反映。扬声器的额定阻抗是一个纯电阻的阻值，在确定信号源的有效电功率时，用它来代替扬声器。此值由产品标准规定，用于匹配和测量。实际上，扬声器的输入阻抗（音圈两端的电压与流经音圈的电流之比）是随频率而变的，其模值随频率的变化曲线称为扬声器的阻抗曲线。扬声器的等效输入电阻抗随频率变化的情况表示在对数坐标

20、刻度的图上，这曲线称为扬声器的阻抗曲线。厂家规定的额定阻抗，即为阻抗曲线上第一个最大值后面的最小阻抗抗模值。3）总品质因数Qt为在共振频率点声阻抗的质量抗（或弹性抗）部分与该阻抗的Ze 额定阻抗 纯阻部分之比。根据谐振峰的高电 度还可以计称扬声器的Q值。阻 抗 fo 400Hz4）效率：=100% 定义：扬声器输出声功率与输入电功率之比为扬声器在某一频带内的效率，表示扬声器电声转换能力 PA表示扬声器在某一频带内所辐射的声功率 PE表示馈给扬声器的电功率 对直接辐射式扬声器，电声效率极低，通常只有百分之几，或者更低。最好的也不到10%，号筒扬声器比较高，一般达到1030%，产品很可能达到60%

21、。效率越高，放大器的负担越小，获得相同声压而产生的失真越小。5）频率响应：（Response）（1）扬声器的频率响应，是指馈给扬声器的电压为恒定时，扬声器在参考轴上所产生的直达声压级随频率变化的特性，通常用曲线表示，称为频率响应曲线，参考轴是指通过参考点垂直于参考面的直线。它反映了扬声器对不同频率声波的辐射能力，是扬声器十分重要的参数。通常规定馈给扬声器的功率为额定噪声功率的十分之一，除非另有说明。 声压级 低音域 额定输出频宽 中频谷 频率响应一般是记录在以对数频率刻度为横坐标的图上，这就是频率响应曲线。 阻抗特性 dB 0 fo 20k （2）低频频率特性：我们从低音域向高音域来看，低频频

22、率特性取决于低频谐振频率fo和fo对应的Qo（阻尼系数）。要减低频频率就必须降低fo不可。从理论上讲降低fo有两种办法：振动系统如采用双音圈或纸盆上涂黑胶或不干胶）质量越大，或者振动系统的顺从性（Compliance）亦即凸缘和档板的柔软度越大，fo的值也会越低。但是质量系统的质量过份大时，必然使效率低落，因此一般都用后者的方法得取降低低音谐振（fo）。（3）额定输出范围 从fo开始到中音谷发生的中音反共振频率为止，振动板和音圈都是整体的直线运动，即所谓活塞运动。这一段声压级较为平坦；这一部分的频宽叫做额定输出范围。这种界限频宽取决于振动板的有效振动半径。（4）中频谷： 关于中音的反共振问题，

23、主要是因振动板的振动方向和振动板的凸缘（edge）在某一周波数形成相反的振动，以致发自振动板的放射波和发自凸缘的放射波的相位相反，因而使声压降低，从而形成频响特性上的山谷。加以防止的办法，就是减少凸缘部分的面积，如果是纸边（Fized edge）时，就在凸缘部分涂抹适度的不干胶。如一味减少凸缘面积，虽可减少反共振的情形，可在低音域中就缺乏充分的振幅，而使扬声器直线运动发生偏差而产生失真现象，所以凸缘部分还是要保持其适当面积（即幅度）（5）此外，从中音谷到高频段之间的频宽中，振动板的振动仍旧不能全面一致，振动板斜面上的各部分，形成各别而复杂的振动，从而进入所谓对于活塞运动产生分割运动的高音共振区

24、，这个区域的特性是峰谷互现，而在这个范围内，振动板的有效质量，对频率有显著的变化，而频率从高减低，看上去像是振动板的振动部分，也逐渐转移而被限定在顶部（颈部）之处，这时高音共振带域的特性，就取决于振动板的质量和音圈的质量如何了。振动板顶角小、颈部硬，振动板及音圈的质量越轻，也能扩展频宽到更高的频率数。又为了尽量扩大高频带，多采取比重较小的铝线，籍以减少音圈的质量。6）有效频率范围： 国际电工委员会（IEC）规定，在频响曲线的最高声压级区域取一个信频程的宽度，求其中的平均声压级，然后从这声压级标起，下降10dB的一条水平直线与频响曲线的交点所对应的频率作为频响曲线的有效频率范围的上下限。对电动纸

25、盆扬声器，其频率范围的下限应从其低频机械共振频率算起。 有效频率范围是扬声器的主要工作（重放）的频率范围。 确定有效频率范围的方法，是在频率响应曲线上的声压级最高处向下减小某一规定的分贝值（如10 dB），划一条与横坐标相平行的直线，在直线与频响曲线相交的两点，f1至f2称为有效频率范围。电动纸盆扬声器是把它的共振频率作为有效频率范围的下限。7）特性灵敏度（级） 在扬声器的有效频率范围内，馈给扬声器以相当于在额定阻尼抗上有一瓦电功率的粉红色噪声电压时，在参数轴上离参数点一米处所产生的声压，用这声压表示扬声器的特性灵敏度。8）不均匀度： 在声压频率响应曲线的有效频率范围内，声压级最大与最小值之差

26、称为扬声器的不均匀度。 扬声器灵敏度的高低，与扬声器振动系统性能及气隙中磁感密度B的大小有关。9）指向特性 指向性是扬声器在不同方向上的声辐射本领的描述。通常用声级随声辐射方向变化的曲线来表示 ，称为指向性图案。不同的频率其指向性亦不相同。表示扬声器指向性的方法有二：（1）指向性频率响应。即在偏离参数轴指定范围内的不同角度上所测得的一组频响曲线。（2）指向性图形，即用转台在不同频率上测出以极坐标表示的指向性图形。 扬声器辐射指向性的出现，是辐射面不同部位所辐射的声波互相干涉的结果。振膜越大，频率越高，其指向性就越强。此外，扬声器的指向性还与振膜的形状，纸盆顶角的大小等因素有关。低频时，扬声器辐

27、射面的线度要比扬声器所辐射的声波波长小得多，扬声器可看作一个点源，其辐射是无指向性的。但随着频率的增加声波波长越来越短，当波长与辐射面的线度可以比较或小于辐射面的线度时，扬声器的辐射将出现明显的指向性。10）非线性失真：（谐波失真、互调失真、分谐波失真） 扬声器重放时，出现电信号中所没有的频率成分的那种失真，称为非线性失真，谐波失真。互调失真等都是非线性失真。 （1）谐波失真：当扬声器输入某一频率的正弦信号时，扬声器输出的声信号中，除了原输入的信号（基波）外，同时出现二次、三次谐波等，这种现象称为谐波失真。 这种失真通常用谐波系数K来定量描述，且定义： K=100%式中P1为基波声压的均方根值

28、；P2为二次谐波声压的均方根值；依次类推；Pn为n次谐波声压均方根值。 在低频区，谐波失真主要是由折环和定心支片所组成的支撑系统的非线性（不符合线性胡克定律）和磁感应密度B沿轴向的不均匀性所引起的，而由音圈内铁心的非线性引起的谐波失真可忽略。但是到了中高频段，音圈的振幅变小，而由铁心非线性所引起的失真就变得明显了。（2）互调失真：当扬声器同时重放低频信号f1（使音圈作大振幅振动）和高频信号fH（使音圈作小振幅振动）时，重放声中除了有fL和fH及谐波成分外，还会出现（fHnfL）的新的频率成分其n=1,2,3.，这种失真称为互调失真。由于气隙内磁感应密度B沿轴向的不均匀性，可导致非线性失真。而B

29、沿轴向的不均匀性，表现为工作气隙的边缘处磁场减小。当音圈从气隙中心向边缘的一侧或另一侧移动时，B将减小，从而机电转换系数（BL）也随之减小，因此，低频信号周期地改变BL值，而此周期又显著地大于高频信号的周期，从而高频信号的振幅受到低频信号的调制而出现失真。 （3）分谐波失真： 这种失真是由于音圈受较大的电动力推动时，纸盆的母线因受纵向力作用而产生弯曲所致： 由上图可知，纸盆的顶端与音圈相接，而音圈的电动力沿着扬声器的轴向，作用于整个锥顶的圆周。电动力F可分解为F1、Ft两个力。分力F1作用于纸盆的母线方向，分力Ft则作用于母线垂直的方向，所以F1和Ft作用于纸盆，使纸盆产生纵振动和横振动。横振动对高频辐射影响极大。这里先讨论纵振动所引起的分谐波失真。纸盆在F1作用下（向右），F1 1 使母线向上弯曲转入位置“1”,当F1的作用方向是向左时（即在周期力的另半周时）母线被拉直，但由于惯性的原因，F1 2 母线稍微越过平衡位置而转入位置“2”。若这时，力F1