音箱的几种基本形式（连载之一）——扬声器的作用 [复制链接]

音箱的几种基本形式（连载之一）——扬声器的作用

    
特约 Ranger


　　扬声器，俗称“喇叭”他是一种将电能转换为声能的电声器件。扬声器的种类很多，虽然它们的工作方式不同，但最终都是通过产生机械振动推动周围的空气，使空气介质产生波动从而实现“电-力-声”的转换。现在大量应用在高保真音响方面的扬声器大多都是电动式扬声器。其它的较为常见的还有静电式，平板式等几种，但由于技术及价格问题很难大量的应用于高保真音响系统。电动扬声器是目前使用最为广泛的扬声器单元，在这一章里我们将简单介绍各种常见的电动扬声器的结构特点，以及设计扬声器系统是所要了解的几个扬声器参数和如何选用扬声器单元。

一、常见电动扬声器的结构特点

　　1、锥形扬声器

　　锥形扬声器是目前应用最为广泛的扬声器之一，锥形扬声器根据锥盆形状的不同分为圆形扬声器和椭圆形扬声器两种，椭圆形扬声器主要是应用于电视和收音机等对安装空间的需要而设计制造的，由于他的结构限制极少被用在高保真音响种。锥形扬声器的标称尺寸是按照他的最大直径来表示的，而椭圆形扬声器则用它的长短轴来表示；锥形扬声器按照不同的使用频率范围来分可以分为低频扬声器，中频扬声器，高频扬声器，以及全频带扬声器四种；而根据准盆材料的不同又可将锥盆扬声器分为纸盆扬声器，羊毛盆扬声器，聚丙烯扬声器，金属盆扬声器，复合盆扬声器等等，在高保真扬声器中忧以聚丙烯扬声器（我们通常称它为PP盆）使用最为广泛，因为采用聚丙烯扬声器的锥盆，加工容易，原材料价格低廉，一致性好，声音也不错可以按照喜好加工出各种外形的锥盆形状，比较讨人喜欢。从以上几点可以看出由于锥盆扬声器具有结构简单以及价格便宜的特点，因此，被广泛的应用于高保真音响系统中。

　　锥形扬声器是直接辐射式扬声器，由图一我们可以看出他由11大部分组成。因为锥形扬声器的有效振动面积可以做的很大再加上较大的振幅，因此在当今各种新式扬声器不断涌现的情况下，仍以其良好的低频响应在众多扬声器中独领风骚。

　　

　　图1、锥形扬声器的结构图

　　2、球顶扬声器

　　锥形扬声器具有结构简单能量转换效率高等优点，但也有着因为结构上的原因，使得它的指向性不尽人意，因此，人们在锥形扬声器的基础上开发出了球顶扬声器。与锥形扬声器不同的是，它的振动体不是圆锥状而是像它的名字，是一个呈半球状凸起的振动板，使得球顶扬声器的指向性的到了大大的改观。它具有比传统的锥形扬声器更好的瞬态特性，较小的失真。作为球顶扬声器的振膜材料，通常分为两大类，一类是软球顶，这种类型的扬声器所采用的振动材料大都是各种人造或是天然丝织产品，比如丝绸，蚕丝，人造纤维等等，他们在播放音乐时显得细腻柔和富有音乐味；第二类是硬球顶，采用这种振膜的扬声器，振膜材料是各种金属薄膜，比如铝箔，钛箔以及铍箔等，他们在进行音乐回放的时候富有冲击力，音场轮廓清晰，更适合打击乐器以及流行乐的重放。还有一种介乎两者之间的振膜材料，通常被划分为软球顶，这是一种Poly Propylene类的材料，通过注塑成型，因为成本的原因他们往往被用在低档单元中，但其实如果质量控制得当，他们也能够发出很不错的声音来，因为他们兼有软球顶和硬球顶两种振膜的优点。

　　球顶扬声器也是直接辐射式扬声器。图二是它的结构图，通常为了获得更小的失真人们都会在极芯中间打孔并填充以高吸收特性的软质材料，因为良好的高频特性和宽广的辐射特性，因此被大量的应用于高保真系统中的中高频回放中。

　　

　　图二、球顶扬声器的结构图

二、扬声器主要的技术参数

　　要设计出一款好的音箱来，必须要了解扬声器几个主要的技术参数。扬声器的特性参数有时也叫做Thiele/Small参数，通过这些参数可以较全面的了解扬声器的特性以及它的好坏。这里简单的将这些参数做一介绍。

　　1.额定阻抗Z

　　扬声器是一个感性负载元件。对于交流信号而言，它的阻抗是随着频率变化而变化的，其典型的阻抗曲线如图-3所示。在写真疯后面的第一个阻抗最小值即为额定阻抗值。它是计算分频器和放大器输出功率的主要依据。

　　

　　图三、额定曲线示意图

　　2.音圈直流电阻Re

　　音圈的直流电阻均比额定阻抗小，一般为额定阻抗的0.85倍左右。

　　3.谐振频率fo

　　谐振频率指得是扬声器在自由声场中低频段阻抗值达到最大值的时候所对应的频率（见图-3）fo的值与扬声器的口径有关，口径大时fo一般都比较低，低音扬声器的fo一般都在18-80Hz的范围内。

　　4.总Q值Qts

　　它反映了扬声器fo附近的振动系统的阻尼状态，是决定扬声器低频特性的重要参数。

　　5.谐振阻抗Zmax

　　谐振阻抗指的是扬声器fo出的阻抗值。

　　6.有效振动直径Din

　　它的值为扬声器振动板的直径与1/2的折环宽度的和（单位：mm）该值不仅与箱体容积有关，而且决定了扬声器在低频段（20-100Hz）可输出的最大声功率。

　　7.等效振动质量Mo

　　扬声器的等效振动质量指的是扬声器的振动系统和因为扬声器振动时空气的反作用力而附加在锥盆两侧的附加质量之和。

　　8.机械Q值Qms

　　它反映了扬声器fo处悬挂系统的机械阻尼状态的量。实际测试表明它对扬声器的中高频的表现也有影响。

　　9.电Q值Qes

　　它反映了扬声器fo处的电阻尼的量。同样它对扬声器的中高频的表现也有影响。

　　10.等效容积Vas

　　等效容积是一个扬声器设计中极为重要的参数。它指的是在这个容积中空气的声顺与扬声器的声顺相等（单位：L）它是一个与箱体容积成比例的量，不同的扬声器Vas相差很大，小的只有2升，大的可达三百升以上。

　　11.线性位移Xmax

　　它是指扬声器锥盆的单向最大线性振幅（单位：mm）现代新型大功率低频扬声器的线性位移可以达到3-12毫米（视扬声器尺寸4-8寸不等）它有效的提高了现代小口径扬声器的低频重放能力。使小口径单元也能够发出具有类似大口径单元的低频能量。

　　12.特性灵敏度

　　它的定义为在扬声器装在标准障板上在有效频带内输入一瓦的粉红色噪声信号，在扬声器正面轴线上离基准点1米的距离处的声压级（单位：db）它反映了扬声器单元的易推程度。

　　13.额定最大正弦功率

　　该参数是指在扬声器的额定频带内，馈给连续的正弦信号而不发生热损坏和机械损坏的最大正弦功率。这个功率也可以视作扬声器单元可连续正常工作的最大功率。

　　14.有效频率范围

　　它是扬声器放声时可以利用的频率范围。它由扬声器的上下限频率确定，在我国，国家规定在频响曲线上灵敏度最大的区域内去一个倍频程或是厂家规定的更宽范围内的平均声压级再下降10db，画一条平行于横坐标的直线，它与频箱曲线两端的焦点对应的两个频率即为上下限频率。有效频带越宽表明不均匀度越小，扬声器的性能也就越好。

　　15.指向性

　　在规定频率范围内扬声器偏离正面轴向时的频率响应相对于正面轴向频率响应的变化特性即为指向性。在规定的角度内中高频扬声器的声压级下降越少越好。

　　16.额定谐波失真

　　扬声器的谐波失真主要由磁路系统和支撑系统的非线性产生。这个值越小越好，现代高保真扬声器的额定谐波失真大都在3%以下。

三、扬声器单元的选用

　　一款性能良好，音质优美的音箱从扬声器单元的选择，音箱的设计，制作到最后的调试都是十分讲究的，如何根据音箱的不同的使用要求合理的选择所用的扬声器单元，是每一种不同的扬声器单元都能够充分的发挥它应有的作用，做到量材录用，这确实需要花费一些功夫，扬声器单元的选择是制作音箱的开始，良好的开端往往是成功的一半，在选择扬声器单元时应注意以下几个问题。

　　1.如何选择合适的低频扬声器

　　低频扬声器单元在音箱里的作用是重放各种低频信号，随着数码录音技术的发展，碟片中经常会出现一些惊天动地音响效果，因此音箱必须能够承受这种大功率的冲击。因此在选择扬声器的时候一定要按照自己的使用环境选择相应的能够耐受大功率输入的单元。

　　扬声器的盆架的作用是把扬声器的磁路系统和振动系统很好的刚性的连接起来，这就是的扬声器的盆架必须要有良好的机械强度。当扬声器在大幅度振动的时候会引起盆架发生相应的机械振动，会是的扬声器单元的失真增大。由于这个原因在一些高保真用扬声器中采用了铝合金浇筑盆架，它的优点是拥有良好的刚性，当然在一般情况下铁皮盆架已经拥有相当好的机械强度，除非是考虑到做一对非常出色的hi-fi器材，那么采用铝合金浇筑的盆架的低频扬声器是不错的选择，因为它比普通盆架拥有更低的失真。

　　锥盆是扬声器的主要发声元件，低频扬声器的振动板的材料，几何形状以及加工制作工艺不但决定低频扬声器的频响和音色，还在很大程度上决定了该低频扬声器的失真大小。目前市面上常见到的振动板材料有以下几种，但需要知道的是，一种材料在具备某种优点的同时必然存在着它的不足，我们选择哪种振动板材料的扬声器完全取决于自己对音箱的不同要求，而不是盲目的听信于广告宣传。正如我们每个人都有自己不同的性格和脾气，不同材料的振动板必然拥有不同的音色，各位在选择扬声器单元的时必须考虑到自己所喜欢的音色。普通的纸制材质，它的个性最小，音色比较温暖，能够充分表现出音乐的各种内涵，特别善于表现弦乐和人声。但它的刚性较差在大振幅的情况下振动板就会因分割振动而出现变形是扬声器失真增大；高分子复合材料（Poly Propylene）具有弹性比率大和阻尼适当的优点，不少高保真低频扬声器都在使用这种材料，当然最主要的是它制作容易，原材料价格低廉，可以制作出任何一种美观的外形，它的声音弹性和韧性比较好，采用这种材料的扬声器听起来中频饱满，低频富有弹性，但由于较软的材料质地，使得它的分割振动比较明显，造成中频段稍过于模糊不能够很好的反映出音乐中的细节部分；采用玻璃纤维材质的扬声器动态和顺态反应都比较好，柔韧感也比高分子复合材料要好，防弹布材质的扬声器则表现于趋向温暖，音色饱满富有层次，高频显得比较明亮，但和玻璃纤维一样在高频段有一个很明显的盆分裂点这需要扬声器设计师拥有相当的设计功底，不然会造成中频段的某些突然的大量的失真。

　　合适的谐振频率和等效容积以及特性灵敏度。一只音箱的低频性能好坏在很大程度上取决于所用低频扬声器单元的低频特性。扬声器单元的谐振频率网网决定了它的低频冲放下限，扬声器的谐振频率越低做出来的音箱低频重放下限就越低，当然这个重放下限也与音箱的箱体容积以及它的特性灵敏度有关，音箱设计同其它工程设计一样是在各种因素之间拾弃平衡的。当箱体内容积很小的时候如果希望得到很低的谐振频率那就不可能得到很高的效率。这就像一个饼，你要把它分成三分，其中任何一份变化时势必要影响到其它两份。

　　适合的总品质因数。他对音箱的低频重放特性好坏有着明显的作用。现在的设计师倾向于使用低Qts扬声器单元，因为那样可以获得更好的瞬态响应，相对较低的频率下限以及相对较小的箱体，但代价是很低的特性灵敏度，有些名箱的特性灵敏度甚至低达80db/m·W这给功率放大器带来了沉重的负担，通常多媒体音箱的扬声器单元特性灵敏度在0.4-0.5是比较合适的，它能够得到适中的箱体容积，相对平坦和下限较低的低频重放以及相对较高的特性灵敏度。

　　2.如何选择合适的高频扬声器

　　高频扬声器在音箱中的作用是重放各种高频信号，它的工作频率一般都在2K以上。我们对高频扬声器的总体要求是希望它能够在有效的工作频段内有着平坦的频率响应和尽可能高的高频重放上限以及一定的满足要求的功率承受能力。作为市场上最常见到的高频扬声器，球顶扬声器，它的振膜材料的好坏直接影响到高频扬声器的解析度，定位，听感和音色的细腻程度，前面已经比较详细的介绍了不同材料的球顶扬声器所具有的音色和声音走向上的差别，这里就不再重复了。

　　需要注意的是，市场上现在出现了大量的加注磁液的高频扬声器。磁液是一种在润滑油中载有超细磁性微粒的胶状悬浮体，当注入到音圈中的时候，由于扬声器的磁场作用他们会悬浮在音圈的周围，由于磁液有着良好的热传导性能，所以它能够很快得将扬声器音圈在工作时产生的热量传递出去，使音圈不易音过热烧毁。当然磁液也不是万能的，在加注有磁液以后，扬声器的瞬态特性会变坏，而且它只是在一定幅度内提高扬声器的功率承受能力，当输入过高的功率时高频扬声器仍有被烧的可能，这一点在使用时应特别引起注意。

　　由于多媒体音箱的局限性所以我们跳过了中频扬声器的介绍因为很难找到特性良好的中频扬声器单元，而且多媒体音箱配备中频单元的可能性微乎其微，要是有哪位朋友需要这方面的资料或是介绍可以来信大家相互探讨就好了。

　　在以后的章节中我们会陆续告诉大家如何进行音箱的设计，分频器的调教等内容，希望大家都能够制作出令自己满意的音箱作品来。

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