揚聲器相關講義

1、v 揚聲器 揚聲器是將電能轉換為聲能,并將它輻射到空氣中去的一種電聲換能器件.電影、廣播、電視以及各種需要擴聲的場合都需使用揚聲器。 揚聲器的主要性能指標有：靈敏度、頻率響應、額定功率、額定 阻抗、指向性以及失真等參數(shù)。專業(yè)用高質量揚聲器還需要通過音質聽感評價。 揚聲器的品種名稱繁多，其中品種最多，使用最廣的是電動揚聲器。 在高質量的組合揚聲器中，各揚聲器單元是按放聲的頻率范圍來分別設計制造的；通常分為低音單元、高音單元，有的還加有中音單元。各單元采用的類型，按各自的要求可以多種多樣。二、認識一下?lián)P聲器A、揚聲器的分類v 按照換能方式分： 電磁揚聲器、靜電揚聲器、壓電揚聲器v 按照工作原理分：

2、 電動式揚聲器、電磁式揚聲器v 按照輻射方式分： 直接輻射式揚聲器、間接輻射式揚聲器v 按照振膜形式分： 紙盆揚聲器、球頂形揚聲器、帶式揚聲器、平板驅動揚聲器v 按照用途分： 高保真揚聲器、監(jiān)聽揚聲器、擴聲揚聲器、收音機電視機錄音機用揚聲器、水中揚聲器等v 按照組合方式方式分： 單紙盆揚聲器、組合紙盆揚聲器、組合號筒揚聲器、同軸復合揚聲器B、電動揚聲器：外磁揚聲器、內磁揚聲器、揚聲器系統(tǒng)電動式揚聲器的基本結構一般概括為：磁路系統(tǒng)、振動系統(tǒng)、輔助系統(tǒng) 磁路系統(tǒng)：三、認識一下?lián)P聲器的主要參數(shù)和試驗項目A、揚聲器額定阻抗 揚聲器的額定阻抗是一個由制造廠規(guī)定的純電阻的阻值，在確定信號源的有效電功率時，

3、用它來代替揚聲器。 額定阻抗是指阻抗曲線上緊跟在第一個極大值后面的極小值。在額定頻率范圍內，阻抗模值的最低值不應小于額定阻抗的80，假如在額定頻率范圍以外的任何頻率（包括直流）的阻抗小于此值時，則應在說明書中加以說明。B、揚聲器額定噪聲功率 額定噪聲功率（功率承受能力）。在額定頻率范圍內饋給揚聲器以規(guī)定的模擬節(jié)目信號，而不產(chǎn)生熱和機械損壞的相應電功率。其定義U/R,U是額定噪聲電壓，R是額定噪聲電阻。C、揚聲器額定長期最大功率 長期最大電壓相對應的電功率其定義U/R，式中U為長期最大輸入電壓，R是額定阻抗。這里長期最大電壓指揚聲器能承受持續(xù)時間為1min、間隔為2min、重復10的模擬節(jié)目信號

4、，而不產(chǎn)生永久性損壞的最大信號電壓。這個長期最大功率意味著揚聲器短時間承受功率的上限。D、揚聲器額定共振頻率FO 系統(tǒng)發(fā)生共振時的頻率稱為共振頻率。一般情況，速度共振頻率與位移共振頻率不一致。后者同阻尼大小還有一定關系，當阻尼甚小時，兩者趨于相同。在揚聲器阻抗曲線中，出現(xiàn)第一個阻抗最大值時所對應的頻率（f0）就是共振頻率，有時也稱諧振頻率（見“揚聲器阻抗曲線圖”）。E、揚聲器的頻響曲線 在恒定電壓作用下，在參考軸上距參考點一定距離處，揚聲器所輻射的聲壓級隨頻率變化的特性就是揚聲器的頻率響應。 頻率響應一般是記錄在以對數(shù)頻率刻度為橫坐標的圖上，這就是頻率響應曲線。F、揚聲器的額定特性靈敏度級SP

5、L 特性靈敏度與基準聲壓（20uPa）比值的對數(shù)值乘以20，以dB表示。 SPL=20log(p/p0)G、揚聲器的額定頻率范圍 額定頻率范圍是制造廠根據(jù)揚聲器的專門用途而限定的頻率范圍，它作為出廠考核指標之一，在產(chǎn)品技術條件中應有規(guī)定。 一般有效頻率范圍總應符合額定頻率范圍的規(guī)定，當揚聲器只作播送高音或低音或語言使用時，兩者范圍是不一致的。H、揚聲器的有效頻率范圍 有效頻率范圍是揚聲器的主要工作（重放）的頻率范圍。 確定頻率范圍的方法，是在頻率響應曲線上的聲級最高處向下減少某一規(guī)定的分貝值，劃一條與橫座標想平行的直線，在直線與頻響曲線相交的兩點，F(xiàn)1致F2稱為有效頻率范圍。 例如頻率響應曲線

6、圖上，聲壓級最高處向下減少15分貝所對應的頻率范圍為357500赫，此范圍既為該揚聲器的有效頻率范圍。 電動紙盆揚聲器是把它的共振頻率作為有效頻率范圍的下限。I、揚聲器的諧波失真 諧波失真是由振幅非線性引起的一種失真.當揚聲器輸入某一頻率的正弦信號時,揚聲器輸出聲信號中,除了原輸入的信號(稱為基波)外,還出現(xiàn)有二倍于、三倍于、-基波頻率的信號，稱為諧波，這種現(xiàn)象就是諧波失真。諧波失真的大小通常用這些諧波含量聲壓總和的均方根值與輸出信號總聲壓的均方根值之比的百分數(shù)來表示。J、揚聲器的極性 揚聲器輸入端的極性標志是指在揚聲器輸入端饋入信號時，揚聲器膜片產(chǎn)生運行的方向與輸入端所加信號極性之間關系的標

7、志。 按規(guī)定饋給揚聲器以瞬時直流電壓，引起膜片向揚聲器前方運行時，與電壓正極連接的輸入端為揚聲器正極。 K、揚聲器的純音檢聽 在額定頻率范圍內，饋給揚聲器以規(guī)定電壓的正弦信號，檢查揚聲器的裝配質量。 檢測方式：饋給揚聲器正弦信號的電功率為二分之一額定噪聲功率，一般在0.3m處檢聽，在此距離內應無反射物，揚聲器單元不另外加聲負載。注：1、全頻段及低頻揚聲器檢聽時，應從共振頻率允許偏差下限開始向高頻掃描。 2、中頻、高頻揚聲器檢聽時，應從分頻點頻率開始向高頻掃頻。 3、高頻性揚聲器檢聽時，可以在產(chǎn)品標準規(guī)定的聲負載上進行。應從共振頻率 允許偏差下限開始向高頻掃頻、 4、為了便于檢查垃圾聲、碰圈聲和

8、機械聲，在共振頻率附近必須檢聽，但可以 饋給揚聲器以較低的信號電壓。L、揚聲器的環(huán)境適應性試驗 1、連續(xù)負荷試驗 以一定幅度的粉紅噪聲信號輸入揚聲器，揚聲器連續(xù)工作100小時而不發(fā)生熱損壞或機械損壞。 2、高溫試驗 揚聲器在溫度55± 2的條件下工作16h后在同樣條件下擱置2h，試驗后純音檢聽和外觀應合格。3、低溫試驗 揚聲器在溫度10± 3的條件下工作1h后在同樣條件下擱置2h，試驗后純音檢聽和外觀應合格。4、穩(wěn)態(tài)濕熱試驗 揚聲器經(jīng)溫度為40±2、相對濕度為93 ±2、歷時48h（彩色電視廣播接收機用揚聲器為96h）的濕熱試驗后純音檢聽和外觀應合格四、

9、幾個問題的探討A、關于揚聲器的功率 a、揚聲器功率的定義 b、選用揚聲器時如何考慮功率？ 1、正確的選擇和理解揚聲器有關功率的參數(shù) 2、上限留有適當?shù)目臻g 3、做好電路的損壞保護 揚聲器的損壞是揚聲器的使用者和制造者都不愿意看到的。 揚聲器的損壞可分為內部原因為主的損壞和外部原因為主的損壞。內部原因主要是由于設計、工藝不合理造成，或者由于操作不慎、管理疏忽等造成；外部原因主要是指在使用過程中造成的損壞。事實上這兩種原因是相互影響的。 外部損壞的情況有以下機種。 （1）由于偶然的撞擊、跌落等造成的損壞； （2）由于操作失誤、不正確的操作方法、過載造成的損壞。如有人在操作擴聲系統(tǒng)或者工作結束時拉總

10、電閘，下次工作合上電閘，這樣工作電流瞬間上升，對設備及揚聲器猛烈沖擊，使揚聲器損壞的可能性大為增加。 （3）放大器功率容量不足亦可能造成損壞。這是由于在大信號時功放輸出不足而使輸出信號失真，嚴重時正弦波削成近似矩形波，如圖-1所示：削波會造成如下兩種后果。 （1）放大器削波后平均輸出功率增加，使揚聲器負載加重。削波后的矩形波，根據(jù)傅立葉分析可生成無窮諧波，如圖-2所示，而某個振幅較大的諧波，可能導致高頻揚聲器燒壞。 （2）節(jié)目信號動態(tài)范圍可大到110dB，如果沒有限幅，大動態(tài)信號可能導致?lián)P聲器的損壞PTC元件保護 PTC(Postive Temperature Coefficient)是正溫度

11、系數(shù)材料。如圖-1是PTC元件的電阻-溫度曲線。當溫度上升到一定值，PTC元件電阻會急劇增加；而當環(huán)境溫度下降時，PTC元件電阻會下降，大體上恢復到初始低電阻狀態(tài)。所以PTC元件被稱為可逆保險絲或自動恢復保險絲。因此可將PTC元件用于揚聲器保護電路，如圖-2所示。而圖-3則標識此電路輸入白噪聲信號時，其電流和兩端電壓的關系。從圖-3曲線可以看出，放大器輸出到一定程度，其輸出電流反而會減小，這就起到了保護作用。c、電功率與輻射功率 1、輻射阻抗：振源要推動空氣振動，必然要受到空氣的反作用力，也就是 說空氣對振動體的振動存在著阻力，這種空氣阻力稱為振源的輻射阻 抗 。 ZT=Z1A 其中Z1 為聲

12、阻抗率，即c，單位kg/sm3 傳播媒介的密度（kg/m3） c 傳播媒介的聲速（m/s） 空氣的c在20的時候為415 kg/sm3，在0的時候為428 kg/sm3 A 輻射面積mm2 2、輻射功率 聲源振動時輻射出的聲功率，不僅與振源迫使媒介運動的流體體積 速度有關，而且與聲源的幾何尺寸、形狀及空氣之間的耦合及聲阻抗 有關，既有效的輻射阻抗有關。 PA=V2RA ， 其中 PA 為輻射功率； V2 為媒體流動的體積速度（m3/s） RA 聲源的輻射聲阻（A） 上式中，如果體積速度取峰值，則PA為峰值功率；如取平均值， 則PA為平均功率。對錐形電動式揚聲器而言，其輻射的有效聲 功率為P有效

13、, P有效V2RA=(2vfx) 2RA×10-9 其中，v為振膜振速（cm/s） RA為輻射阻抗有效值（103N·s/m） f 為振膜的振動頻率（Hz） x 為振膜位移（mm） 對上式分分析，當f與x不變時，揚聲器的有效輻射功率與輻射阻抗成正比，即提高聲阻抗率和有效輻射面積A.對揚聲器而言，人們不可能改變空氣的聲阻抗率。因此提高輻射阻抗的方法只能是提供振膜的輻射面積A B、關于機振 a、 關于機振的一些概念： 振動，物體在平衡位置附近，所作的往復運動叫做機械振動，通常簡稱為振動。 最簡單最基本的振動叫做簡諧運動，F(xiàn)=-KX(虎克定律)； 受迫振動，客觀上簡諧振動不可能保持

14、恒定，因為有各種阻尼存在，使能 量逐漸耗減，這就是阻尼振動。阻尼振動最終要停下來，那么怎樣才能得到 持續(xù)的周期振動呢？最簡單的方法是用周期性的外力作用于振動系統(tǒng)，外力 對系統(tǒng)做功的振動就叫做受迫振動。 實驗證明，物體做受迫振動時，振動穩(wěn)定后的頻率等于驅動頻率，跟物體的 固有頻率沒有關系。 共振，雖然物體的受迫振動的頻率跟物體的固有頻率沒有關系，但是不同的受迫振 動頻率隨著它接近物體的固有頻率的程度的不同，振幅也有所不同。驅動力頻率與固 有頻率相差越大，振幅越小，反之，則振幅越大。當驅動力頻率跟物體的固有頻率相 等時，振幅最大，這種現(xiàn)象叫做共振，這個頻率點成為共振點。b、振動控制 振動有時候會給

15、我們帶來一些不必要的麻煩，消除這些麻煩，就是振動控制問題。振動控制分為傳統(tǒng)的被動控制和在新技術、控制理論和電子計算機等支持下的主動控制。 單體的振動控制 、單體異常聲的判定 、單體異常聲的控制(FO和Q) 整機的振動控制 、整機共振點的查找 、前框的音窗設計 、整機共振消除的一些建議 、緊固與縫接口設計 、降低干擾源的幅值,F 、改變干擾源頻率與系統(tǒng)固有頻率之比 、改變零件的形狀與尺寸，改變剛度，改變系統(tǒng)的阻尼揚聲器的音質評價v 一、音質評價術語v 二、音質評價術語與揚聲器測試的參數(shù)v 三、音質評價術語與環(huán)境v 四、音質與揚聲器的頻率響應曲線vv 一、音質評價術語v 音質評價術語很多。當你打開

16、音響雜志，或傾聽音響愛好者的談話，或同音響v 專業(yè)人士討論，你會看到聽到各種各樣的、表述各異的、模糊的清晰的音質評價術語。v 有的來源于日常生活，有的來源于美術繪畫，有的來源于音樂作曲，有的來源于物理v 性質，讓我們對這些術語作如下歸納。v 1.1、從總體、綜合判斷上歸納v （1）與總體、綜合判斷“好”有關的術語：有力度、動聽、音樂感好、有氣勢、有立體感、有分量、豐滿、有韻味、平滑、纖細、平衡、色彩豐富、脆。v （2）與總體、綜合判斷“壞”有關的術語：單薄、不足、發(fā)硬、發(fā)皺、發(fā)澀、平淡、干瘦、貧弱、發(fā)塞、發(fā)悶、不平衡、發(fā)燥、發(fā)鈍、發(fā)尖。v （3）與總體、綜合判斷無關的術語：柔和、華麗、明亮、輕

17、快、清晰、活潑、別致、優(yōu)美。v 1.2音質評價和節(jié)目源的關系v v 我們讀音響器材評論文章時，常常有一個疑問，他評論的是什么？是評論音響（評論音v 響器材又會問是評論CD、評論放大器、評論音箱、還是評論線材），還是評論樂曲（評論作v 曲又會問評論演奏、還是評論錄音制作？）。除了寫作者自身的問題以外，主要還是由于我們v 聽一個音樂節(jié)目時，得到的是一個多種因素形成的綜合感受，既取決于音箱設備與聽音環(huán)境，v 又受節(jié)目本身升學特性的影響，還與我們本身生理、心理、文化素質有關。在這里對一些音質v 評價術語與音樂節(jié)目的關系做如下簡單的介紹。v （1）亮、暗、柔和脆、尖。諧波豐富的樂曲，當中頻和高頻豐富時，

18、音色明亮，聽感明v 朗、活躍。反之就是暗，感覺沉悶。當高頻中頻逐漸減弱，聲音變柔和，感到安靜、輕松。亮v 的有點過就是脆，再過就是尖了。v （2）厚、厚重、厚實和薄、單薄。造成如此感覺則說明音樂的低頻或低次諧波較強。由v 于人耳的特點，由于房間小，由于音箱體積小，人們聽到100hz以下的低頻很少。v （3）和諧、燥。奇次諧波多聲音發(fā)燥，音樂演奏和研究表明，樂音的七次諧波對音色、v 聽感最為不利，反之則和諧v （4）力度。它一是有足夠的中頻，二是有大動態(tài)范圍。動態(tài)范圍大，既能表現(xiàn)磅礴的氣勢v ，又能顯示起于青萍之末的細節(jié)。v （5）軟、硬。一個音上升速度快感覺硬，反之就是軟。v （6）干、豐滿、

19、渾。余音（各種混響、回聲）短則感到干，過長則渾，節(jié)奏不清；50msv 的余音，聽感豐滿。 v 1.3音質評價術語分類v 美的因子：優(yōu)美、清澈、混濁、暢快、歡快、明亮、輕快、撕裂聲、發(fā)悶、咔嚓聲、發(fā)澀 扎實。v 動力因子：有力度、平滑、有氣魄、無力度。v 金屬性因子：發(fā)尖、發(fā)硬、單薄、孱弱、尖刺、豐滿、貧乏。v 柔和因子：柔和、平淡。v 復合因子：污濁、動聽、發(fā)鈍、諧和、清晰、粗糙、不諧和、呆板、柔潤、纖細、生動、殘缺v 發(fā)暗、細膩、立體感、華麗、深度感、發(fā)粘。v v 通過分類及視聽統(tǒng)計，試圖找出評語之間的關系。例如音色混濁、明快只與美的因子有關。v 音色發(fā)尖只與金屬因子有關；而優(yōu)美、清澈、有力

20、度、污濁、動聽呈現(xiàn)復數(shù)因子關系。另外，v 像立體感、深度感主要同環(huán)境有關，最好不要同音響器材評價相混淆。二、音質評價術語與揚聲器的測試參數(shù)為了便于說明，將音質評價術語與揚聲器測試參數(shù)一一對應排列如下：清澈：高音頻段沒有噪聲和失真；混濁：高音頻段存在噪聲和失真；輕快：中音頻段稍為下陷，量感不足；發(fā)澀：動態(tài)范圍窄；有力度：中音頻段量感強；有氣魄：低頻段量感強；無力：聲壓級低、量感不足；發(fā)尖：高聲段（2K6KHz）抬高；發(fā)硬：高頻段抬高，高頻成分過多；孱弱：中頻量感不足；豐滿：臨場感豐滿，聲場有特征，和器材無關；柔和：高頻段無峰值，高頻段下降；污濁：整個頻段有失真和噪音；諧和：感覺響度頻率特性平衡；

21、纖細：高頻平滑延伸，高頻分辨能力好；轟鳴：箱體共振、開口箱設計不良；窄：頻帶窄、動態(tài)小、本底噪聲多；軟：阻尼過大；金屬聲：放大器削頂；層次清楚：頻帶寬、頻率響應均勻 在這里需要說明的是，人耳所感覺的聲音高低（音調、音高）并不與頻率成正比，例如人們對 聲音高低的感覺會因聲強而變化，隨聲音的長短而變化。 圖2-1表示純音強度變化時，為使音調保持一致，需要變化頻率的百分數(shù)。由圖可以看到，在500Hz以下的低頻，當聲壓級提高時，會感到音調變低；在1KHz 2KHz以上的高頻，聲壓級升高時，會感到音調升高。由人耳的這一特征可知，重放音量較大時，能感到聲音的頻帶加寬。圖中曲線斜率為正表示聲壓增高音調亦增高

22、。 圖2-2示為純音持續(xù)時間與聽到相同音調的純音頻率的關系。當持續(xù)時間在0.05s以下時，感到音調不斷下降。若再繼續(xù)縮短持續(xù)時間，就聽不到純音，而有客嚦聲的感覺。三、音質評價術語與環(huán)境從建筑聲學、聽音環(huán)境來介紹各種音質評價術語：親切感（臨場感）：給人以在小廳堂演奏的感覺；混響（活躍度）：一個混響的廳堂叫”活躍“的廳堂；空間感：視在聲渡寬度。如聽眾覺得音樂廳中演奏的音樂來自比實際聲源的視覺寬度更廣的范 圍，此音樂廳被認為有空間感；明晰度：音樂演奏過程中各個音彼此可分辨的程度；溫暖感：低頻（75Hz 350Hz ）相對于中頻（ 350Hz 1400Hz ）的活躍度或豐滿感；嘹亮：明亮、干凈、有金屬自鳴聲，諧音豐富的聲音認為是嘹亮的。嘹亮的聲音以高頻為主且 衰減緩慢。放大器幅限也是這種聲音；平衡：管弦樂隊各部之間的平衡，樂隊與獨奏、各聲部的平衡；融合：樂隊不同聲部發(fā)出聲音的融合。以下表格，可以向我們論證一個觀點：即我們在聽音時的感受，同聽音環(huán)境有密切的關系。四、音質與揚聲器的頻率響應曲線 從眾多的調查、研究表明，大多數(shù)感到音質滿意的揚聲器，其頻率響應曲線均是平坦的。正像人的指紋、噪音各不相同一樣，不同類型的揚聲器的頻率響應曲線也是有所不同的。這也正是揚聲器的特色和魅力之一。我們所需要什么樣的頻率響應曲線？頻率響應曲線與音質有什么具體的關系？這是