扬声器工作原理
水幕系统电动式扬声器的工作原理
我们知道载流导体在磁场中将受到磁场院力的作用,假设我们将一根载流导线放在均匀的磁场中,导线的方向与磁场中的磁力线的方向垂直,由于磁场中的磁力线方向始终是从N极到S极,当导线中电流的方向自我们流向书本时,根据右手定则载流导线产生的磁力线方向为顺时针;载流导线所产生的磁力线方向在导线上侧均匀磁场中磁力线的方向相同,从而使总的磁力线变密载流导线所产生的磁力线方向在导线下侧与均匀磁场中的磁力线方向相反,造成部分磁力线相互抵消,从而使总的磁力线变疏;由于导线上侧磁力线密度高于直侧磁力线的密度,因此载流导线地这个均匀磁场中将受到的力也是相应改变,这就是我们常说的法拉第定律; 电动式扬声器主要是由,磁体,上下夹板,极心,音圈和振膜等部件组成;磁体位于上下夹板之间,它的作用是产生一个均匀的磁场;上下夹板和极心之间有一个很小的气隙,通常我们称为磁气隙;圆筒形的扬声器音圈悬挂在磁气隙之间,它的一端与扬声器的锥盆钢性连接,磁体有两个固定的NS极,我们假设磁体与上夹板接触的一侧为S极,与下夹板接触的一侧为N极,那么在磁体的作用下极心与上夹板之间的磁气隙中便产生一个均匀的磁场,磁场中磁力线的方 向是从N极到S极,即由极心到上夹板;当音频电流流入扬声器的音圈时,假设某一瞬间音圈中音频遇流的方向是从自我们流入书本的;根据弗来明左手定律,将左手的手掌朝向N极,使伸直的四指指向与电流方向相同,那么,与四指垂直的拇指的方向就是音圈的运动方向;当音频电流的方向改变时,音圈的运动方向也随这改变;
当音频信号电流经过扬声器的音圈时,音圈将受到一个与音频信号电流I成正比的力,由于扬声器的音圈与锥盆的钢性连接在一起,当产时圈在磁气隙中随音频电流方向不断改变,而至上下振动时,扬声器的锥盆将随着音圈的上下振动而振动,锥盆振动的快慢与输入的音频的电流频率有关,锥盆振动的幅度与输入的音频电流的强弱有关;锥盆振动时激发周围的空气发生同磁的振动,形成声波,声波传入人耳就形成我们平时所听到的声音; 对扬声器影响最大的是锥盆,锥盆是圆形或是椭圆形的锥盆振膜,它的根部与扬声器的音圈刚性连接,当音圈在磁气隙中垂直振动时它即做相应的轴运动,使周围的空气发生疏密变化;锥盆是扬声器发生的主要部件,在一定的程度上决定了扬声器的重放有效频率的范围和失真大小;
锥形扬声器的锥盆面积一般都较大,工作时锥盆的振幅也较大,锥盆在推动周围大量空气的同
时,锥盆会出现一定程度的扭曲变形,使扬声器锥盆的整体的刚性遭到破坏,整个锥盆的不同部位间出现相对的运动,锥盆不同部位的这种运动称为分割振动,当扬声器的工作频率高于某一频率时,锥盆的这种扭曲变形情况更为为严重,当锥形扬声器出现分割运动时,扬声器的失真会明显增大,是由于锥盆的刚性引起的因此,增加锥盆的刚性,改善锥盆的各项指标就成了人们努力的方向;为了使扬声器具有良好的性能指标,所以扬声器振膜的制作材料应具有密度小,机械强度大和内部阻尼适中的特点;
定心支片是振动系统中影响扬声器品质的一重要元件;定心支片的硬度决定扬声器谐振频率的因数之一;定心支片振动时振幅的线性程度也在一定的程度上影响扬声器的失真大小,定心支片通常是一种用亚麻布浸渍酚醛树脂后热压制成的波 形圆环,它的外端粘接在扬声器的盆架上,内孔则与扬声器的音圈和锥盆刚性粘接在一起;定心支片的主要作用是保持音圈在扬声器磁气隙中的正确位置,要求它和轴向顺性大,使音圈在磁气隙中的垂直振动不受影响,径向则要求能可靠的限制音圈的左右移动,使音圈不与夹板或是极心接触,从而使扬声器具有良好的机械强度和电声特性,它的另一个作用就是防止外部灰尘进入磁气隙;
防尘罩是一种用纸质或聚酯塑料等材料制的球顶状防护罩,安装在锥盆根部与音圈结合,它一
十字花封控方面可以利用来增加结合部的刚性,改善扬声器的高频特性,另一方面可以防止金属屑和灰尘进入磁气隙,由于扬声器的高频能量主要靠锥盆的中部辐射;因此防尘罩的形状和所用的材料对扬声器的高频频响有很大有影响;
音圈是扬声器的驱动元件;它通常是用漆包在纸纸制等材料的圆柱形骨架上绕制;整个音圈分两面三刀层或是四层;目的是使线圈的引出线两端均匀地朝向锥盆的一侧,使引出线可以牢固的焊接在锥盆上,为了更有效的利用磁路气隙,提高扬声器的性能,有时整个扬声器的音圈用扁平的漆包线线制成,为了防止大功率的音圈在流过较大音频电流时因过热而损坏,近年来,一些扬声器已采用铝镁合金音圈骨架,它具有良好的刚性和散热性能,一些高档的扬声器甚至使用比铝镁合金还要好的KAPTON高分子材料制造的音圈骨架,这种新型的材料,最初用在航空工业上,工作温度可达到350C,它的弹性恢复力也明显优于铝镁合金,有管种材料材料制作音圈可以使扬声器的音圈在高温下不容易变形;
2.磁路系统,包括：磁体上下夹板,极心和磁气隙
个人信息管理系统 磁体是一种用硬磁性材料烧结而成的圆形,它的作用是在扬声器磁气隙中产生一个具有上定磁感应密度的恒磁场;目前大部、分扬声器均使用锶或钡氧体磁体,铁氧体具矫顽力高和剩磁
磁通密度低的特点,以及耐氧化,耐腐蚀,重量轻待优点,但是缺点是剩磁低,温度系数大,易碎;一些新型的扬声器从缩小体积或是提高扬声器的技术性能指标等方面考虑,常常使用性能更好的铝镍钴或是钕铁硼磁体;
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上下夹板是一种用导磁性能良好的低碳钢或是纯铁铁制成的圆环形铁板,极心是用同种材料料制成的圆柱形铁心,极心通常与下夹板直接铆合在一起,它们的作用是给磁体所产生的磁场提供一个磁回路,并在上夹板与极心之间形成一个均匀的磁气隙;由于极心和下夹板铆合接触面常常存在较大的磁阻,使扬声器的磁气隙的磁感应密度受到一些影响,近年来一些高档扬声器的下夹板与极心大多采用优质纯铁冷挤成型,称为一体化T铁;这种一体化T铁没有铆合面,具有导磁高,磁场失真小的优点,为了使音圈在磁气隙中随音频信号的变化线性产生位移,磁气隙中的磁场应保持均匀对称,在狭窄的磁气隙中确实可以得到良好的均匀磁场,但磁力线会离开磁气隙的空间范围,在磁气隙的两边产生漏磁场;传统的扬声器采用普通的圆柱形磁极心,由于磁路不对称,必然会产生不对称的磁漏,引起扬声器的非线性失真,为了尽量减轻这种因不均匀;
扬声器的品质因数
扬声器单元的品质因数是设计和和制作音箱前必须了解的一个很重要的参数;在扬声器单元的阻抗特性曲线上它表示,阻抗曲线在谐振频率处阻抗峰的尖锐程度,它在一定的程度上反映了扬声器振动系统的阻尼状态,简称Q0值,扬声器单元的品质因数越高,谐振频率就越难控控制;扬声器的低频特性通常由扬声器单元的品质因数值和谐振频率决定,其中品质因数的大小与扬声器单元在谐振频率处输出的声压有关;Q0值过低时扬声器的输出声压还没有到F0处时就迅速的下降,扬声器处于过阻尼状态,造成低频衰减过大;Q0值过高时扬声器处于欠阻尼状态,低频得到过份的加强;Q0值越大峰值越陡;因此我们说扬声器的品质因数即不能过高也不能过低,通常我们取它的临界阻尼值Q0等于0;5—0;7作为最佳的取值范围;
扬声器的品质因数与不少因素有关,扬声器的生产厂家正是利用这些因素对扬声器的Q0值进行控制;扬声器的品质因数与扬声器的振动系统的等效质量的平方根成正比,而与振动系统的顺性的平方根成反比,改变扬声器单元振动系统的等效质量和顺可在一定的程度上控制扬声器的Q0值,由于扬声器的品质因数还和与扬声器的磁感应密度的平方根成反比,因此,改变扬声器单元磁气隙
扬声器的谐振频率
在测量扬声器的阻抗特性时,阻抗曲线上扬声器单元的阻抗值第一次达到最大值时所对应的频率称为该扬声器和谐振频率或是共振频率,简称F0;为了便于理解,我们可以把扬声器的振动系统即锥盆,音圈和防尘帽看成具有一定质量的惯性体,而把扬声器的折环和定心支片看成一个弹性体,这时扬声器的整个振动系统就像一个悬挂在弹簧上具有一定质量的重物,从物理学中我们知道,这时它们具有一个固定的谐振点,扬声器单元在谐振频率外振动系统的振幅达到最大值,扬声器音圈在磁气隙中运动时产生的反向感应电动势也最大;在F0以下,由于受扬声器的振动系统劲度的控控制,扬声器的输出声压以每倍频程12DB的速度下降,因此,扬声器单元的谐振频率通常是扬声器的低频重放下限,它是设计音箱的一个重要的指标;
扬声器的频率特性
扬声器的锥盆具有一定的刚性,它在低频段可以看做一个刚体,但当扬声器的工作频率增高时,扬声器的锥盆就不在是一个刚体,锥盆将出现分割运动;此外扬声器的锥盆和折环在振动叶还会出现相互干扰的现象;由于这些原因,当我们将不同频率的音频信号输给扬声器单元时,虽然音频信号电压保持不变,扬声器单元辐射出的声压却随着信号频率的不同而变化;扬声器的频率特性, 揭示了扬声器单元对不同频率的声波的辐射能力,因此,它是扬声器的重要
参数之一,扬声器的频率特性可以通过频响曲线,有效频率范畴,不均匀度这三个方面综合表示;穿戴式步态分析仪
1． 扬声器的频响曲线
接触过扬声器的人大多看到过扬声器的频响曲线,它是一条记录在频宽为5CM或10CM纸上的的连续不规则的曲线,记录纸上的X轴表示输入扬声器单元的电信号频率,Y轴表示被测扬声器单元在不同频率范围的电信号时所产生的声压级,我们人耳可以听到的声压级范围相当大,从耳朵同刚能听到的到耳朵感到疼痛时的声压级上下相、差一百万倍,如此宽大的声压级变化范围直接用声压进行测量和比较是十分的不利的;人们在实验中发现,人耳的听觉特性具有指数特性能,用指数形式来表示声压级大小从客观上也能符合人的听觉分辨力;声压级的单位是分贝DB它在音响技术中是一个相当有用的度量单位;某一发声体的声压级可发用该发声体所产生的的效的声压P与基准声压PR的比值常用对数乘以20来表示;这里的基准声压是大多数听力正常的人刚能听到频率为1000HZ的声音时该声音的声压,我们通常将人耳刚能听到的声压定为0DB,那么我们感觉到震耳欲时的声压级只有140DB,由此可见用对数形式表示声压级的大小可以使声压级测量的比较变得十分的简单;扬声器的频响曲线大多都在消声
室测得的,被测扬声器放在固定的消声室的障板上测量话筒放置在被测扬声器的同轴上,目前大多数的扬声器的频响曲线上在1Ｍ１Ｗ的条件下测得的,信号发生器的输出信号经功率放大器放大后馈送到被测扬声器,被测扬声器辐射出的声信号被测量话筒接收后转变成为电信号经测量放器处理后送至电平记录仪;当信号发生器的输出信号频率发生变化时,扬声器声压发生的相应的变化就同步的记录在电平,这就是被测扬声器的频响曲线;
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