喇叭原理及培训资料

柏坤电子有限公司培训资料GREATWELLELECTRONICLIMITED关于扬声器原理首先,我们来谈谈如何认识一个扬声器,随着电子技术的发展,扬声器在不断地改进,扬声器品种繁多,若按扬声器换能原理来分类,则可为电磁式扬声器、励磁式扬声器、静电式扬声器，压电陶瓷式扬声器、电动式扬声器、挂画式平面扬声器。本书主要介绍电动式喇叭（耳机喇叭）。第一章扬声器的类型扬声器（喇叭）器件是一种电能与声转换器件，扬声器品种繁多,若按扬声器换能原理来分类,则可为电磁式扬声器、励磁式扬声器、静电式扬声器，压电陶瓷式扬声器、电动式扬声器、挂画式平面扬声器。电磁式扬声器电磁式扬声器（舌簧式）主要由永久磁铁（马早蹄形）、衔铁（舌簧）、线圈、纸盘和盆架等组成。电磁式扬声器的特点：灵敏度高，结构简单，成本低。但其阻抗高，频率特性差，较高和较低的音频都有发不出来，失真大，振幅小，声压低，承受功率在1/4-1/2W之间。这是一种老式扬声器，20世纪50年代农村广播网曾大量使用，现今已逐渐被电动式纸盘扬声器所取用。励磁式扬声器励磁式扬声器与永磁电动式扬声器相似，主要区别在于磁体部分。励磁式扬声器的大形线圈是整流系统中的扼流圈，它通过高电压大电流产生磁力，并与音频信号电流互相作用，推动音圈作活塞式振动，带动纸盘发出声音。这种扬声器主要用于老式交流电子管式收音机上。收音机不工作时，扬声器没有磁力存在；只当收音机工作，电流通过励磁线圈产生磁力时，扬声器才能正常工作。可见，这种扬声器的使用有着极大的局限性，现今逐渐被沟汰。静电式扬声器静电式中高频扬声器的工作原理极简单，它是以电容器原理制作而成，可以看做是一个能振动发声的电容器。按结构类型，静电扬声器可分单极式、推挽式和驻极式。单极式它用一块属板作固定极板，用导电材料制成轻且的动膜片作另一块电极（辐射极），两极板小，振动膜片采用金属箔或金属化涤纶薄制成。推挽式推挽式静扬声器是在单极式静电扬声器中增加地一电极而成。它用两块固定的电极板，振动电极片置于固定电极板之间。驻极体式驻极体式扬声器是将电容器的极板改用驻极体材料（如四氟乙烯、聚全氟乙烯等）制成的。其结构则与上述的静电扬声器相同。驻极体式静电扬声器最大的特点是不需要极化电压。静电式扬声器频响特性平坦，放音清晰，层次感极好，音质优美。但由于需要极化电压，目前低电压的晶体管扩大器中要增设这一极化电压设备，可以说，得不偿失。因此，普及和发展静电式扬声器有一定难度。四、压电陶瓷式扬声器压电陶瓷扬声器又称晶体式扬声器。它利用某些晶体式陶瓷材料的压电效应而制成。当在陶瓷体加上音频电压时，陶瓷片即向上或向下弯曲，产生与音频信号电压相对立的振动，利用振动，便可推动扬声器的纸盒作相应的振动，从而激励空气发出声音。陶瓷扬声器结构简单，没有线圈及磁铁，消耗功率小，灵敏度高，高频特性好，重量轻，体积小，制造容易，成本低，价格便宜。但工作不够稳定，性能脆弱易损坏，音质较差。由于振幅小频率高，声量不如电动式纸盒扬声器大，所以通常只作高音单元使用。如果与大纸盒粘合，则适用于农村有线广播网；若造得轻巧小型，则适合双声道四喇叭收录机作高频单元。在警示器中也经常用这种小高音扬声器，在家用音箱中有时也会有用到这种高音单元。五、电动式扬声器电动式（动圈式）扬声器广泛应用于音响系统中，是人们最熟悉的扬声器。按频率特性及其结构，这是美国西岸航空航天技术公司用于AURA系统的一种磁能特强的新磁种。它的磁性强铁氧体10倍以上，用这种磁体做成的喇叭，可以大大提高喇叭承受功率及振幅度，其重量及体积也可相对地减小。然而，钕铁硼材料的价格为常规磁体的7-8倍。此外，其抗腐蚀性差，容易氧化，且热稳定性差；矫顽力特强，精通充磁机难以将其磁分子排列充磁。二、振动系统结构（一）振动膜（振动板）振动膜是喇叭电—力—声系统的终端。音频信号输入扬声器后，在磁场的作用下，音圈沿轴上下运动，推动振动膜在空气中振动并发出声音向空间传播。耳机常用振动膜结构如下图示：振动膜的形状目前耳机喇叭行业振动膜的尺寸常见的有Ф12.6,Ф14.15、Ф15.4等；相对来讲直径越大，低音越丰富。振动膜的厚度常见的有，6μm（微米）、9μm（微米）、12μm（微米），15μm（微米）；在耳机喇叭中振动膜的厚度越簿低音就越丰富，比如相等直径的振动膜6μ与比9μ相比，6μ振动膜低音比9μ的丰富。★不带铜环型★带铜环型（二）线圈音圈在振动系统起着极其重要的作用。音圈处于磁隙中，当音频信号电流通过音圈时，与磁场产生作用，音圈振动推动振动膜辐射声音，向空间传播。由于音圈长期处于狭窄的磁隙中，需承受大电流，像活塞似地长时间运动，故会产生大量的热量。同时若音圈稍偏离中心，，则极易碰擦丙侧，甚至损坏音圈。线圈的形状如下图。1、常见的耳机喇叭线圈直径有Ф6.0mm,Ф7.0mm,Ф2、线圈常见的阻抗有16Ω，32Ω，150Ω等。3、线圈的漆包线的直径常见有Ф0.025mm;Ф0.035mm;Ф0.045mm;4、线圈的材质有铜漆包线和铝线，在耳机喇叭常用的为漆包铜线。5、线圈的大小。线圈直径越大，用的铜线越粗，承受功率越大，散热越好。线圈直径越小，则反之。6、耳机喇叭承受功率一般在4-10mw,如果大于10mw（大电流）上下振动，振动膜会损坏。第三章电子学基础电子学基本知识在任何扩音系统的实践与应用中都是必不可少的。这个题目很大，但在扩声系统的主题范围内是有限的，即只涉及电子系统和负载之间的相互作用。电力率和欧姆定律在直流电路中，会常遇到下列电量参数和符号。电量名称单位符号功率瓦特（W）P电流安培（A）I电压伏特（V）U电阻欧姆（Ω）R电功率公式：P=U*I欧姆定律：U=I*R由这两个表达方式可有多种表达方式：P=UI=I2R=U2/R二、分贝在电子技术和声学中，经常用到分贝的概念，从信号电平到放大器的增益，从声压级到声强级，从电流、电压到电功率的计算。在电声领域中使用更是广泛，其原因是分贝值能直接反映听觉对声音强弱的感受，此外它还能使系统的计算更为简便。分贝的其本表达方式是把两个具有功率含义量的比取对数，即lgA/B，得出的这个物理量称为“贝尔”（Bel），在使用中，贝尔这个单位太大，运用不方便，因此起用了它的1/10作其本单位，这就是“分贝”（dB）,dB=10lgA/B。第四章声学基础声音是一种波，所以又叫声波，人耳能感受到的声波频率范围经过大量试验，普遍认为是20Hz-20kHz，频率超过20kHz的波称超声波，人耳不会感觉到。频率低于20Hz的波人耳也感觉不到，称其为次声波。声音信号的特性语言和音乐信号都是不规则的随机信号，由基频信号和各种诣波（泛音）成分组成。要“原质原味”地重放这些随机音频信号，扩声音响系统必须具有符合语言和音乐的平均特性，其中最重要的三个特性是平均频谱特性（频率响应特性）、平均声压级和声音的动态范围。1、人声信号人声是一种典型的随机信号，它与人的生理特点、情绪和语言内容等因素有关。1-1语言基音的频率范围为130-350Hz，包括全部泛音（诣波）的频率范围为130-4000Hz，如图所示。1-2演唱歌声的频率范围比较宽，可分为男低音、男中音、男高音、女高音和女中高等5个声部。他们的的基音频率范围从80-1100Hz，包括全部泛音（诣波）的频率范围可达80-8000Hz。5个声部的基音频率范围分别为：82-294Hz；110-392Hz；147-523Hz；196-698Hz和262-1047Hz。1-3声压级正常谈话时语言的声功率为1μW，大声讲话时可增加到1mW。正常讲话时与讲话人相距1m时的平均声压为65-69dB。1-4动态范围语言的动态范围（最大声压级与最小声压级之差值）为30-40Db。2、音乐信号音乐信号的频率范围很宽。它与乐器的类型有关。在乐器中管风琴具有最宽的基音范围，从16-9000Hz。其次是钢琴，它的基音频率范围为27.5-4136Hz。民族乐器的基音范围为100-2000Hz。打击乐器能产生更高频率的声音。所有的乐器都包含有丰富的高次诣波（泛音）。因此音乐的频率范围可扩展到15000-20000Hz。单个乐器的声功率在0.01-100mW的范围内。大型交响乐队的声功率可达10W以上。15-18件乐器的乐队演出时，离声源10m处的平均声压级为95dB。75件乐器的乐队演出时其平均声压级为105dB。乐器的信号动态范围与乐器的种类有关，木管乐器约为50dB。一般的乐队的动态范围为40-60dB。大型交响乐队的动态可达到100Db。高质量的音响系统（音乐重放）的频率响应（频率特性）范围应不小于40-1600Hz。信号动态范围应不小50-55dB。第五章听觉心理学和心理声学扩声系统的音质效果最终还得由耳朵鉴别。听觉感受与生理声学和心理声学直接相关。因此必须对它们有所了解，并根据人耳的听觉特征，采取相应技术措施，才能获得最佳的系统效果。听觉生理学主要是研究声音响度与声压级关系的科学。心理声学是研究耳朵和人脑结合对听觉激励的反应。心理声学在了解音乐家对环绕他们的声音世界的反应是重要的。1、听觉心理学人耳刚好能听见声音时的声压级叫听感闻阈，或简称闻阈。闻阈与声音频率有关，在500Hz-1kHz之间。2kHz附近的声压级接近0Db，频率到达5kHz以上时闻阈急剧上升，频率在20kHz附近时陡峭上升，如图所示。人耳听声音时所能承受的最大声压级叫痛阈，超过此阈，人耳会疼痛难忍，再大则会引起耳膜破裂，造成永久性耳聋。从图中可见，痛阈区在2-8kHz范围内有所下降，声压级为115dB时人耳已经产生疼痛感，500Hz以下痛阈提高到125dB。音质评价扩声音响系统的产品是声音，因此鉴别音响系统效果优劣的最主要的标准是声音的质量（简称音质）。音质的好与差通常可用音频测试仪器（如声级计、频谱仪和音频综合测试仪等）的定量测定来表达。测量的技术参数有：频率响应特性、最大声压级和声场不均匀度、传声增益、失真度和混响时间等等。这些技术参数的测量称为客观测量，它的特点是精确、客观，能用数据来表示系统的特性。但是，客观测试的结果还不能完全表达主观听觉的结果，如声音的丰满度、柔和度、层次感、明亮度、圆润度、平衡度等等，这些听觉结果至今还无法用仪器来测定。音质效果最终还得由人耳的听觉来确认。人们希望能听到有“音乐味”的“原汁原味”纯真自然的声音，能表达出歌唱家和演奏家的艺术感染力，而不是在背台词或变调的声音。因此音质主观评价是比客观测量更为重要的一种评价方法。两者的关系可以这样来理解：客观测量是音响效果评价的基础，主观评价是听觉感的最后结果，两者之间既有内在联系，又不能相互替代一一对应，是一种互为补充的结果，缺一不可。频率响应特性对音质的影响----—声波的音感分析音响系统中的低音、中音和高音各频率特性必须保持平（均衡），才能达到良好的自然还音效果。下我们来了解什么叫做低音，中低音、中高音、高音。低音——150Hz以下的频率范围叫低音。中低音——150-500Hz的频率范围叫中低音。中高音——500-4000Hz的频率范围叫中高音。高音——4000-12000Hz的频率范围叫高音。kHz 各种频段的音感特征频率范围/Hz音感特征频率范围/Hz音感特征30-60沉闷1000-2000透亮60-100沉重2000-4000尖锐100-200丰满4000-8000清脆200-500力度8000-16000纤细500-1000明朗二、音质主观评价术语及其含义1、声音丰满频带宽、失真小、动态范围大，中、低频能量较大，混响声比例合适，听起来音域宽广、丰满舒适。2、声音柔和低频及中低频能量充足，声音厚实、松弛，混响声合适或稍大，失真小，瞬态响应好。中频和高频频响特性均匀，有一定的亮度，听起来音色丰满、柔和不费力。3、声音圆润频带较宽，音质纯真，失真极小，声级合适，有一定的力度和亮度，低音不浑，中音不硬，高音不毛，瞬态响应好，混响声比例适中，听觉感受丰满、明亮、清晰、逼真自然4、声音尖是柔和的反义词。频率特性不均匀，缺少低音。中频和高频分量过多，尤其是在3400Hz和6800Hz两个频段成分过高，听觉上感到刺耳。5、声音硬低音缺少，中高频偏多，高频诣波频率衰减过快，低频混响过短，有明显互调失真，瞬态响应差，阻尼小。6、声音浑浊声音含糊不清，低频及中频混响太大及能量过大，直达声比例小，主旋律不够突出，有互调失真，明亮度和清晰度都差，层次不清。7、声音发毛高频及中频过多，失真过大，有瞬时过载现象，阻尼差，声音毛粗不干净。8、声音发沙频率特性高低不平，峰谷多，有附加的高次诣波并伴有瞬态失真，系统设备有过载或扬声器音圈碰圈就会出现这种声音。声音发嗡鼻音重，在100-250Hz频段内有振荡，150Hz提升过多时鼻音就会明显上升，声音发嗡严重影响清晰度。10、声音亮又称明亮度。整个音域范围内低音和中音适度，中高音能量充足，并有丰富的诣波，诣波的衰减过程较慢，失真小，混响比例适中，瞬态响应好。亮度是提高清晰度和可懂度的先决条件，给人一种亲切、活跃感，听起来不费力，音色明亮突出。11、声音清晰频响宽而均匀，中高频能量充足，音色明亮，混响合适，失真小，瞬态响应好。三、声音的客观测试扩声系统（包括建筑声特性在内）可用声学仪器测量的技术指标有最大声压级、声场不匀度、频响特性、传声增益、失真、噪声、和声音清晰度等，在耳机行业中常用频响特性来客观测试，下面介绍Ф16喇叭的频响特性曲线图。中低音部份低音部份 中低音部份低音部份高音部份中高音部份高音部份中高音部份1、从上图看此频响特性曲线扫描范围是10Hz-40kHz，一般人耳能感受到频响范围为20Hz-20kHz。也就是说一般测试以20Hz-20kHz为标准。从图中看到在1kHz（正弦波）频率为119dB。从上图看到低音部份，中低音部份、中高音部份、高音部份。一个喇叭好坏的客观测试主要从四部份看出，当然曲线越平坦越好，理想直为直线，因为曲线是非线性的所以不可能是直线的。音质主观评价正确、全面地评价声系统的声音质量只用客观测量一种手段是不够的，还需用耳朵听的方法来最终评价。或者说需用两把尺子进行音质评价，其结果才是正确的、全面的。客观测量是一把“硬尺子”，反映声系统中声学的各种物理量；音质主观评价是一把“软尺子”，反映声音的音色、音调和音量的综合听觉效果。客观测量和主观评价之间既有一定的内在联系，但又不能互相替代，是相辅相成互为补充的结果，缺一不可。音质主观评价是一项相当复杂的过程，涉及听觉生理学和评价人员的专业素养、播放节目源的选择以及收听场地的声学传输条件等等。为能正确地做好音质主观评价工作，评价人员必须掌握以下有关知识：各种声音的物理特性心理学知识声音信号的动态范围频响特性对音质的影响声压级大小对音质的影响信号畸变对音质的影响信号延迟、混响对音质的影响音调、音色和音量对音质的影响噪音对音质评价的影响10、音质评价术语11、综合评价五、音量与音质关系音量与音质的关系也很密切。音量小，声音无力、单薄。动态范围显不出来。音量合适时，声音自然、清晰、圆润、柔和、丰满。音量过大，声音丰满而不柔和，有力而生硬。因此通常音质主观评价时采用的声压通常为80-85dB（A）。六、音质主观评价专用节目源（音源）电声产品声音音质主观评价用节目源，本公司专用高品质的CD碟测试音源，该音源是针对喇叭的音质主观评价。七、音质主观评价方法音质主观评价分为对音响主品和对固定安装系统两类进行评价。对主品（如喇叭、专用音源/CD、MP3等）的评价应把被评定的产品放置在具有一定条件的听音