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1、张春虎 2018.1.15,声音和扬声器基础知识讲座,声音的定义,振动的物体能使邻近的空气分子振动，这些分子又引起它们邻近的空气分子振动，从而产生声音(Sound)，声音以声波的形式传递，这种传递过程叫声辐射(Sound Radiation)。由于分子振动产生的声波的方向与波传递的方向相同，所以是一种纵波(Iongitudinal wave)。声波仅存在于声源周围的媒质中，没有空气的空间里不可能有声波。声音不仅可在空气内传递，也可在水、土、金属等物体内传递。声音在空气中的传播速度为340m/s(15时)。 声波在单位时间内的振动次数称为频率(frequency)，单位赫(Hz)。人耳能够听到的
2、声音的整个范围是2020000Hz，一般把声音频率分为高频、中频和低频三个频带。听觉好的成年人能听到的声音频率常在3016000Hz之间，老年人则常在5010000Hz之间。 1、响度(Loudness)响度是人耳对声音强弱程度的感觉，响度变化大致同声强变化的对数成比例。声音的响度虽主要取决于其强度，但也与其频率和波形有关，人耳对中频的音量变化比之低频和高频更为敏感，所以听觉是非线性的。对声音各频率与1000Hz声音在响度上相等的曲线，称为等响曲线响度的计量单位是方(Phon)，人耳在10003000Hz频率范围内听觉最灵敏，声压越低，听觉的频率范围越窄，声压越高，频率范围越宽，当响度级达到8
3、0Phon以上时，听觉的频率响应趋于平坦。 人耳能听到声音的最微弱强度，称为听觉阈，产生疼痛感的最高声音强度，称为痛觉阈。声音的有用音量范围，即最大值与最小值之比，称为动态范围，如图13。在一般家庭中重播音乐的声压级的平均值约需7585db，音量太低，不能正确鉴定声音质量的好坏。 2、音调(tome)音调是声音调子的高低，是人耳对声音频率的感受。音调高低与频率高低有密切关系，但声音强度及声音长短都会影响人耳对音调的感觉。声音频率每增加一倍，音调升高八度，也就是一个倍频程(oct)。一个声音的听觉阈会因另一个掩蔽声音的存在而上升的现象，称为掩蔽(masking)，通常是低频率的声音容易掩蔽较高频
4、率的声音。 3、音色(timber)音色是人耳对某种声音独特性质的综合感受。音色与多种因素有关，但主要取决于声音的波形，而声音的波形则决定于存在的泛音多少及各自的强度，也即主要取决于各种谐波的相对强度和最突出的谐波的频率，如图14。语言和音乐都是由许多频率的声音所组合而成，都具有脉冲性质，是一系列连续的宽度和强度不等，而且频率差异的声脉冲的组合。所以声音具有瞬变特性，它的频谱是声波能量按频率的分布 人声：男低音60Hz女高音2500Hz 打击乐器：鼓. 60Hz200Hz 弦乐器：钢琴、大小提琴、吉他.27.5Hz4086Hz 管乐器：小喇叭、伸缩喇叭、竖笛80Hz1800Hz 附注： 几乎所
5、有的传统乐器的发挥频率都在此之间，当然电子合成器则另单别论了，上列之频率为基础频率，为了表现乐音何弦之协和性，喇叭之有效截止频率必须大于上列之声音基础之高频频率3倍较佳。,1.扬声器是一种电声换能器，它通过某种物理效应把电能转换成声能。用以实现电声能转换的物理效应有很多，因此，按物理效应的不同，可能把扬声器分成若干类型。 1.1如利用馈有音频电流的电磁铁与连有振膜的衔铁之间相互作用来实现电声能之间的转换的，称为电磁式扬声器。（利用了磁极之间的互相吸引力） 1.2利用压电体的反向压电效应来实现电声能之间转换的，称为压电扬声器。 1.3 利用作用于电极间的吸引力来发声的扬声器. 该speaker是
6、将可动电极（振动板）和固定电极放置在相反方向，形成一种电容，在这两电极间增加电压，利用电荷产生的吸引力而做成的speaker。两电极间增加bias用的直流电压和声音电压，为了改变吸引力而使振动板（膜）振动，使得声音辐射出去。 1.4电容式扬声器 利用电容器极板之间的静电力来实现电声能转换的称为电容式扬声器或电放型扬声器。 1.5 利用磁场对载流导体的作用来实现电声能之间的转换的，称为电动式扬声器。 如果将磁场中的导体做成线圈的形式，则又称为动圈式扬声器。上述各种扬声器中，电动式扬声器结构简单，性能良好，品种繁多，使用最为广泛，是当前扬声器生产的主流。,扬声器简介,1.5.1.近几年来，随着数码
7、技术的发展以及人们欣赏能力的提高，对扬声器的音质提出了更高的要求。要求扬声器同时具备承受功率大，动态范围大，失真小，频响宽广平坦和瞬态响应良好的特性。 为了适应这一要求，人们设计了各种各样的电动式扬声器，按其振膜的不同，可分为： 1.5.1.1锥形扬声器（其振膜为圆锥形） 。 1.5.1.2球顶形扬声器（其振膜为球顶形） 。 1.5.1.3平板形扬声器(其振膜为一平板） 1.5.1.5号角扬声器 (其外观为喇叭口形状） 。 1.5.1.4带式扬声器（其振膜为金属薄带） 。,电动式扬声器介绍,电动式扬声器自1925年创立至今，已有80年的历史，结构上作过很多改进，使扬声器的性能有较大的改善。锥形
8、扬声器多为直接辐射式扬声器，其振膜直接向周围介质（空气）辐射声波。其圆锥形的振膜，通常为纸质，俗称纸盆。 1.使电动式扬声器的振膜发生振动的力，即为磁声对载流导体的作用力，称为电动式换能器的力效应，其大小由下式决定： i为流经音圈的电流（A）。 l为音圈导线的长度（m）。 F为磁场对音圈的作用力（N）。 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，这个效应称为电动势换能器的电效应，其感应电动势的大小为： E=Blv 式中v为音圈的振动速度（m/s）。 E为音圈中的感应电动势（V）。 式中B为磁隙中的磁感应密度（单位：Wb/m2) 电动式换能器的力效应和电效应总是
9、同时存在，相伴而生的。以后我们将会看到，由于电效应的存在，将对扬声器的电阻抗特性产生极大的影响。 音圈在磁场中的受力情况，如下图所示。 中间是圆柱形（T铁中柱）的N极，外面是环状（华司）的S极，磁场（B）的方向由N极至S极。环形气隙内为导线环（音圈）l，若电流由“”端流入，由“”端流出，则音圈所受的力F的方向，由左手定则决定：左手平伸，使拇指和其它四指垂直，若磁场（B）的方向指向指心，其余四指指向电流的方向，则拇指所指的方向即为音圈受力的方向，如上图中箭头所示的力F的方向。若改变电流的方向，则力F的方向亦随之改变。 如果流经音圈的电流强度和方向均随时间不断的化，则电动力F也就随着电流强度和方向
10、的变化而变化。显然，电动力的方向就是音圈的移动方向，这样，随着电流强度和方向的变化，音圈就在空气隙中来回振动，其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，若将音圈固定在一个膜片（纸盆）上，并输入音频电流，则振膜在音圈的带动下产生振动，从而向周围介质辐射声波，实现了电声能之间的转换,扬声器工作原理,16/43,电动式扬声器的结构,3.1电动式锥形扬声器的结构如下图所示,不防磁扬声器,半防磁扬声器,全防磁扬声器,3.3 扬声器的各种部件简介： 按其作用的不同，可分为振动系统和磁路系统两部分。磁路系统提供策动音圈所必需的磁场，与音圈一起组成策动元件，通过电动力效应，激发
11、振动系统的机械振动，从而向空所辐射声波。此外，还有把上述两部分组成牢固的整体所必须的部件，如盆架。现分别对扬声器的振动系统和磁路系统作进一步的简介： 3.3.1扬声器的振动系统 扬声器的振动系统，包括策动元件音圈、辐射元件振膜和保证音圈在磁隙中正确位置的弹波，另外，还要加上防尘盖。 3.3.1.1音圈 音圈是整个振动系统的策动源，是用漆包线在纸质或金属的线架上绕制而成。前一种线圈架是用浸过胶的纸制成，后一种是用铝箔或杜拉铝箔制成，通常用自粘漆包线边绕边喷酒精，绕成后稍稍加热烘干即成。线圈的绕制层数,通常都为偶数，因此线圈引出线的那端都在靠近振膜的那一端，便于引出。为了充分利用磁隙的空间，还常常
12、采用矩形截面的导线来绕制音圈，常用的导线材质为：铜、铜包铝、铝、高级音圈采用纯银线。 一般描述 如：ASV：25.5*28*3.7*0.26 4F ASV：为音圈管材质，SV音圈线为SV线，25.5:音圈内径，28为音圈高, 3.7直流阻抗，0.26 音圈线径，4F层数 如果不写，为 2F 音圈的直流电阻Re一般要预先设定，或按额定阻抗Znom确定: Znom =(1.051.10)* Re 牛皮纸(Kraft Paper) PSV/PL 采用最高连续工作温度180 oC的电缆纸(牛皮纸)，其特点为质轻、绝缘好、价格低廉。其厚度有：0.03 0.050.070.100.130.17 杜拉铝(A
13、luminium Duralumin) AL/ASV 采用加以表面硬化及清洁处理的合金铝箔，最高连续工作温度200 oC，具有耐高温、强度高等特点。铝箔有黑、白两种，黑色铝箔更具有绝缘性能佳、传热快等优点。其厚度有： 0.050.070.080.100.12 音圈材料性能与选择 音圈骨架材料常见的有牛皮纸(Kraft Paper)、杜拉铝(Aluminium Duralumin)、NOMEX、TIL、KAPTON等。主要特性如下： 牛皮纸(Kraft Paper) PSV/PL 采用最高连续工作温度180 oC的电缆纸(牛皮纸)，其特点为质轻、绝缘好、价格低廉。其厚度有：0.030.050.0
14、70.100.130.17 KAPTON（KSV） 采用聚酰亚胺箔膜， 最高连续工作温度220 oC，具有绝缘、质轻、强度高、耐高温、不易燃烧等特点。KAPTON有褐色、黑色两种，黑色KAPTON还有散热快、表面硬度高等优点。 导线材料常见的有LOCK线、SV线、CCAW（铜包铝线）、扁线等，其主要特性如下： LOCK线 使用温度在140 oC，为溶剂型，一般用于小型低功率扬声器。 SV线 使用温度在200 oC，为溶剂型，特点为固化后粘接性能很强，是音圈生产中最常用的线种之一。 CCAW（铜包铝线）比铜线质轻、比铝线导电率高且拉力强，其高频时阻抗与铜线相仿，用它制成的扬声器瞬态特性好、灵敏度
15、高，是高灵敏度扬声器中常采用的材料。 扁线 磁场利用率较圆线大（圆线磁场利用率为78%91%,扁线为96%），特点为换能效率高，适于制作大功率扬声器，扁铝线更常用于专业扬声器（大功率、高灵敏度）检测项目：内径，全高，引线距，出线高，补强纸高，过锡长度，卷幅，阻抗公差 8% ，极性标示 外观检测：绕线不齐，绕线松脱，重叠，跳线，音圈变形，粘附异物 ，剥离试验，跳线，焊点大小，不牢固，变形,扬声器部件介绍,纸盆按边的材质可分为：全纸纸盆，泡盆，橡皮边，金属盆， 纸盆按锥体的材料来分： 纸类，用得比较普遍。主要因为它基本上能满足扬声器的要求，音质柔和耐听，工艺成熟，成本低。 金属材料类，铝，钛，铍及
16、其合金，取其弹性模量高的优点 高分子材料，如聚丙烯，碳纤维，防弹布，优点：具的弹性模具与内阻尼，韧性好，容易定形， 折环的作用： 确保振动板在轴向有相当的自由度防止振动作横向振动调整振动系统的顺性，从而改变扬声器的Fo和音质。 扬声器的频响特性，在很大程度上决定于纸盆的性能，而纸盆的性能又决定于纸盆的材料，几何形状和加工工艺 一般对纸盆有三个要求： 材料密度要小，材料的机械强度要大，具有适当的内部阻尼。 为了同时达到上述要求，人们采取了各种各样的措施：在纸浆中渗入食粮的碳纤维。碳纤维是一种复合材料，具有密度小、刚性大、阻尼适当的特性，且兼有耐热、耐烛、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： a. 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。 b. 在纸盆厚度相同的情况下， 碳纤维纸盆轻而刚，因此输出声压较高。 C . 因有适当的内部损耗（阻尼），可以仰制振膜的分割振动，使频响特性比较平坦。 在纸盆上蒸发上一层金属钹（BE）以提高纸盆的E/p的值。 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。 采用强化发
