现代音响与调音技术第6次课课件

第2章扬声器及扬声器系统扬声器是将电信号转换成声音信号并辐射到空气中去的电声换能器件。它是音响系统的末级单元，是重放及扩声的最后环节。扬声器(系统)的分类和技术指标

扬声器系统(音箱)的设计原理

12.2.1扬声器(系统)的分类和技术指标扬声器的种类很多，按其换能原理可分为电动式（即动圈式）、静电式（即电容式）、电磁式（即舌簧式）、压电式（即晶体式）等几种，后两种多用于农村有线广播网。按频率范围可分为低音（低频段）扬声器、中音（中频段）扬声器、高音（高频段）扬声器，这些常在音箱中作为组合扬声器使用。一扬声器的分类1.按换能方式分2.按工作频段分23按结构形式分扬声器按其结构形式的不同可分为单纸盆扬声器、复合纸盆扬声器、号筒扬声器、复合号筒扬声器、同轴扬声器等。一扬声器的分类扬声器(系统)的分类和技术指标号筒式扬声器纸盆式扬声器复合纸盆式扬声器3防水扬声器汽车用扬声器5一扬声器的分类2.2.1扬声器(系统)的分类和技术指标5按振膜形式分扬声器按其振膜形式的不同可分为锥形扬声器(振膜为圆锥形或椭圆锥形)、平板形扬声器、带形扬声器、球顶形扬声器、平膜形扬声器(指音圈和振膜一体并形成平膜)等。6二扬声器的结构、工作原理及技术要求1.扬声器的结构目前所用的扬声器绝大部分是电动式（动圈式）扬声器。电动式扬声器包括普通纸盆扬声器、橡皮边(或尼龙、泡沫边)纸盆扬声器、号筒式扬声器、球顶形扬声器及双纸盆扬声器。2.2.1扬声器(系统)的分类和技术指标7纸盆式扬声器又称为动圈式扬声器，它由三部分组成：1振动系统：包括锥形纸盆(振膜)、音圈和定心支片（用来保证音圈在磁隙中处于正确位置）等；2磁路系统：包括永久磁铁、导磁夹板和场心柱等。扬声器的性能与磁路系统有密切关系，设计合理的磁路可得到较高效率的能量转换，在环形磁隙中应有足够大和均匀的磁通密度，这些与导磁材料的选择、磁铁的质量和磁路形式的选择等有关。93辅助系统:包括盆架、接线板、压边和防尘盖等，是扬声器必不可少的辅助件。

扬声器将电信号转换成声音信号，然后辐射到空气中，这一过程包括了两大环节：换能及声辐射。102扬声器的工作原理扬声器的音圈与纸盆联成一体，音圈处于磁场中，当其内部通过音频电流i时，其受到的力为

F=Bli(5―1)

式中：B为磁隙中的磁感应密度(Wb/m2);i为流经音圈的电流(A)；l为音圈导线的长度(m)；F则为磁场对音圈的作用力(N)。11纸盆扬声器工作的过程就是在这种电效应和力效应的作用下而完成电能到声能的转换的。即当音圈中输入由放大器输出的电流时，在线圈和磁铁之间产生磁场，随着音圈中流过的电流大小不同，音圈带动扬声器的振膜在磁场中作不同垂直方向的运动，这样就会使扬声器发出声音。133扬声器的技术指标1）扬声器灵敏度扬声器单元是一种电信号与声音之间的换能器，要求它能以相对小的输入电功率转换成很宏亮的声音，这就要求扬声器具有较高的声压灵敏度。灵敏度体现了扬声器的转换效率。各类扬声器由于采用的设计技术，选用的材料和生产工艺等多方面的差异，灵敏度的差异也很大。灵敏度是指输入扬声器驱动单元1W的电功率，在扬声器轴线方向离开1米的地方测得的声压值（ubar）表示。灵敏度越高，扬声器能发出的声音就越大。14特性灵敏度级是指输入扬声器驱动单元1W的电功率，在扬声器轴线方向离开1米的地方测得的声压级（dB）表示。扬声器的特性灵敏度级最大输出声压级扬声器系统承受电功率的能力远大于1W（通常在50~2000之间）。因此实际使用时以最大功率输给扬声器，在扬声器轴向1米处产生的声压级为最大声压级SPLmax。152)扬声器的额定阻抗由于音圈是导线绕制在圆管上的，相互之间会发生感应。在频率不同时,会有感抗或容抗的作用.因此扬声器的阻抗是随频率而变化的。在额定扬声器信号源的输出功率时，可用一个纯电阻代替扬声器作负载，此电阻的阻值即为扬声器的额定阻抗。在额定频率范围内，阻抗模值的最低值不应小于额定阻抗的80%。一般扬声器的额定阻抗多为8Ω。扬声器的额定阻抗可由制造厂家给出，也可由给定的阻抗曲线上读出。17对于纸盆扬声器，当加在振动系统上的干扰力的频率恰好等于(或近似等于)系统的固有频率f0时，系统振动最强烈，振幅最大，我们把这种振动状态称为共振，此时的频率称之为共振频率。共振频率对应着阻抗最大值，一般应避开共振频率工作。18当扬声器工作频率远小于f0时，扬声器的阻抗接近于直流电阻RDC。RDC略低于ZC，当不知额定阻抗ZC时，通常可用万用表测出其直流电阻值，乘以1.1左右的系数，再调整成国标系列4、8、16、32等数值，即可得到扬声器的额定阻抗.通常规定额定阻抗为4欧姆的倍数，即4欧姆，8欧姆及16欧姆。193）扬声器的功率扬声器功率是个很重要的参数，它决定着与功率放大器输出功率的匹配问题。依据需要，扬声器有额定噪声功率，峰值功率和音乐功率。额定噪声功率：在扬声器额定的频率范围内，用规定的噪声信号测试扬声器在100小时内可长期令人满意地工作，没有过热和机械损伤，这时承受的功率被称为额定噪声功率。现在扬声器的产品目录中的技术参数功率值大多以额定噪声功率标注。这是因为扬声器工作时，馈入的是一段频率范围内信号的合成功率。21峰值噪声功率:扬声器在规定极短时间内，所能承受不会引起永久性机械损伤的最大功率。峰值噪声功率通常是额定噪声功率的2～3倍。音乐功率：由于音乐节目的动态范围可高至100dB（SPL），因此音乐功率是指音乐信号的瞬间最大功率。扬声器音乐功率是指承受音乐信号瞬间最大功率的数值。除此之外，扬声器有时也用长期最大功率、短期最大功率和额定最大正弦功率等指标来衡量。224）扬声器的效率扬声器的效率是指在某一频带内所辐射的声功率与该频带内馈给扬声器的电功率的比值。PA表示扬声器辐射的声功率，PE表示馈给扬声器的电功率。电动式扬声器的效率一般很低，仅有百分之几，而号筒式扬声器的效率较高，可达百分之十几。23扬声器的非线性失真来源于纸盆折环，定心支片以及磁路所至。当馈给扬声器的电功率增大，由于机械系统受到活动极限，会使输入信号在某些频率上出现压缩，从而使声音产生谐波失真，通常低音扬声器馈给的功率大，因此扬声器低频的失真较为明显。由于声音信号为多频率组成的复音，会出现各频率之间的互相调制。产生一系列和差频率从而产生声音的失真，这就是互调失真。当出现互调失真较大时，就会使声音散乱，中频定位模糊。谐波失真和互调失真产生的原因:25(3)分谐波失真。当加给扬声器强纯音时，由于振膜的非线性，会在中低声频段中产生频率为信号频率1/2或1/3的模糊声音，这种现象称为分谐波失真。4）扬声器的非线性失真扬声器的非线性失真主要包括谐波失真和互调失真和分谐波失真。266）扬声器的瞬态失真扬声器重放声音时，由于振动系统的惯性而跟不上信号快速变化而造成的失真。或称为瞬时特性。由于馈给扬声器的电信号基本上为瞬态信号，如果扬声器的机械振动系统惯性太大致使音圈跟不上信号的瞬态变化；或者阻尼太小造成信号过去后音圈继续自由振动，都会造成发出信号中所没有的声音。由此看来，扬声器产生的瞬态失真都是发生在信号瞬变的开始和结束处。一般来讲，扬声器瞬态相应的好坏可以从它的频率响应来估计，平滑的频率响应可以获得良好的瞬态相应。27实验证实：在频率响应曲线的平滑部分瞬态音的失真很小，而在曲线上出现峰或谷的频段瞬态音的失真就相当严重。如何改善瞬态失真:通常把扬声器的频响扩展至超声频段，以改善前沿特性，而拖尾时间的缩短则主要靠控制扬声器的阻尼来实现。297）扬声器的指向性指向性是表征扬声器在不同方向上辐射声波的能力，通常与频率有关。扬声器发出的声音通常在低频段（200Hz以下）是无方向的，即在各方向均匀传播。但在高频段时，声波的波长越来越短，当声波的波长与辐射面的有效长度可比拟时，由于声波的绕射特性和干涉特性，声音的传播呈现较强的方向性。这个指向性正是在系统设计中要加以运用的。优良的恒定指向性可在现场布置时把声波的能量集中到观众区，以避开声波的强反射面或发生声场的相互干扰。30图5―3扬声器指向性频率响应表示扬声器辐射方向性有两种方法：一是指向性频率响应曲线。即在偏离参考轴指定范围内的不同角度上所测得的一组频响曲线。如图5―3所示。扬声器的指向特性会使偏离轴向的声压级随偏角的增大而减小。31表示扬声器辐射方向性有两种方法：二是指向性图。即指扬声器辐射声波(不同频率)的声压级随辐射方向变化的曲线。随着声音频率的增高指向性趋向心形，而在低频段则是全指向性的。328）纯音它