揚(yáng)聲器的基礎(chǔ)講座之一直接輻射式揚(yáng)聲器的結(jié)構(gòu)、工作原理課件

揚(yáng)聲器知識(shí)講座

第一講揚(yáng)聲器的基本知識(shí)第二講揚(yáng)聲器的發(fā)展趨勢(shì)及平板揚(yáng)聲器第三講揚(yáng)聲器與電視機(jī)的配合揚(yáng)聲器的基本知識(shí)

——直接輻射式揚(yáng)聲器的結(jié)構(gòu)、工作原理及主要性能指標(biāo)介紹

2011.10前言

本講義主要是根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T9396-1996《揚(yáng)聲器主要性能測(cè)試方法》編制的，為了大家更好的理解，增添了幾個(gè)附錄?？勺鳛槌醪缴孀銚P(yáng)聲器設(shè)計(jì)同志的學(xué)習(xí)資料，也可供工作中對(duì)揚(yáng)聲器的基本知識(shí)有所需求的相關(guān)技術(shù)人員參考。由于本人的知識(shí)面所限和講課經(jīng)驗(yàn)不足，不到之處敬請(qǐng)諒解。一.揚(yáng)聲器的分類1.按換能方式分類

2.按輻射形式分類

3.按磁路形式分類

4.按重放頻段分類

5.按用途分類

6.按外形分類

7.按振膜材料分類

8.按折環(huán)材料分類1.按換能方式分類

電動(dòng)式揚(yáng)聲器電磁式揚(yáng)聲器壓電式揚(yáng)聲器靜電式揚(yáng)聲器氣流調(diào)制式揚(yáng)聲器2.按輻射方式分類

直接輻射式揚(yáng)聲器號(hào)筒揚(yáng)聲器箱式揚(yáng)聲器5.按用途分類

電視機(jī)用揚(yáng)聲器音箱用揚(yáng)聲器單元電腦或顯示器用揚(yáng)聲器汽車(chē)用揚(yáng)聲器多媒體揚(yáng)聲器公共擴(kuò)聲用揚(yáng)聲器電子樂(lè)器用揚(yáng)聲器聲源用揚(yáng)聲器6.按外形分類

圓形揚(yáng)聲器橢圓形揚(yáng)聲器跑道形揚(yáng)聲器矩形揚(yáng)聲器薄形揚(yáng)聲器平板形揚(yáng)聲器7.按振膜材料分類

紙盆式揚(yáng)聲器

PP盆揚(yáng)聲器（聚丙烯）鈦合金振膜揚(yáng)聲器8.按折環(huán)材料分類

全紙盆型泡沫折環(huán)型布折環(huán)型合成樹(shù)脂型復(fù)合紙盆型全二.直接輻射式揚(yáng)聲器的結(jié)構(gòu)

-----簡(jiǎn)單介紹

磁路系統(tǒng)---由磁體、導(dǎo)磁上板、板柱（或?qū)Т磐耄┙M成振動(dòng)系統(tǒng)---由紙盆、折環(huán)音圈、定心支片、防塵罩、引出線組成輔助系統(tǒng)---由盆架、接線板、壓邊組成二.直接輻射式揚(yáng)聲器的結(jié)構(gòu)

-----磁路局部放大圖二.直接輻射式揚(yáng)聲器的結(jié)構(gòu)

-----磁路局部放大圖

三.直接輻射式揚(yáng)聲器的工作原理--紙盆揚(yáng)聲器的等效電路

圖中Eg

∽音頻放大電路的電動(dòng)勢(shì)單位為伏特

Rg∽音頻放大電路的內(nèi)阻單位為歐姆

L∽音圈電感單位為亨利

RE∽音圈直流電阻單位為歐姆

B∽磁隙中的磁感應(yīng)強(qiáng)度單位為韋伯/米2

L∽音圈導(dǎo)線的長(zhǎng)度單位為米MMDRMSCMSZMRUCUCUCfcVCI

∽流經(jīng)音圈的電流單位為安培

VC∽音圈的振動(dòng)速度單位為米/秒

fc∽磁場(chǎng)對(duì)音圈的作用力單位為牛頓

MMD∽振動(dòng)系統(tǒng)的等效質(zhì)量單位為千克

CMS∽支撐系統(tǒng)的等效立順單位為米/牛頓

ZMR∽振膜一面的輻射阻抗單位為歐姆

RMR和MMR分別為振膜一面的輻射阻和固振質(zhì)量

BL越高，揚(yáng)聲器的輻射聲功率也越高RM越大，揚(yáng)聲器的輻射功率也越高XM越小，揚(yáng)聲器的輻射功率也越大RE越大，揚(yáng)聲器的輻射功率也越大，不過(guò)RE的大小同時(shí)取決于音圈導(dǎo)線的直徑和長(zhǎng)短。四.直接輻射式揚(yáng)聲器的主要

性能指標(biāo)

1.純音檢聽(tīng)

特性解釋：

在額定頻率范圍內(nèi)，饋給揚(yáng)聲器規(guī)定電壓的正弦信號(hào)檢查揚(yáng)聲器的裝配質(zhì)量。測(cè)量方法：

揚(yáng)聲器單元檢聽(tīng)，饋給揚(yáng)聲器正弦信號(hào)的電功率為1/2額定噪聲功率，一般在0.3M處檢聽(tīng)，在此距離內(nèi)應(yīng)無(wú)反射物，揚(yáng)聲器單元不另加負(fù)載。注：①全頻帶及低頻揚(yáng)聲器檢聽(tīng)時(shí)，應(yīng)以共振頻率允許偏差下限開(kāi)始向高頻掃描；如F0標(biāo)準(zhǔn)為150±20Hz，那么起始頻率應(yīng)為130Hz。2.額定阻抗和阻抗曲線

特性解釋

揚(yáng)聲器的額定阻抗是由制造廠規(guī)定純電阻的阻抗，在確定信號(hào)源的有效電動(dòng)率時(shí)，用它來(lái)代替揚(yáng)聲器。

額定阻抗是指阻抗曲線上緊跟在第一個(gè)極大值后面的極小值。

注：一般紙盆揚(yáng)聲器的額定阻抗是音圈直流阻的1.2-1.4倍具體倍數(shù)由揚(yáng)聲器的口徑和磁體的大小決定。阻抗曲線----把阻抗值表示為頻率的函數(shù)（如下圖）

3）額定正弦電壓

特性解釋：在額定頻率范圍內(nèi)饋給揚(yáng)聲器以規(guī)定的模擬節(jié)目信號(hào)，而不產(chǎn)生熱和機(jī)械損壞的持續(xù)信號(hào)電壓，該電壓為在規(guī)定的持續(xù)時(shí)間內(nèi)，使用正弦信號(hào)測(cè)量時(shí)電壓的極限值，如無(wú)特殊規(guī)定，持續(xù)時(shí)間應(yīng)為1小時(shí)。注1：該電壓值是頻率的函數(shù)。

注2：該電壓值與揚(yáng)聲器的安裝方式有關(guān)。

4）額定噪聲電壓：

特性解釋：在額定頻率范圍內(nèi)饋給揚(yáng)聲器以規(guī)定的模擬節(jié)目信號(hào)，而不產(chǎn)生熱和機(jī)械損傷的信號(hào)電壓。

4.輸入電功率

1）短期最大功率特性解釋：與短期最大輸入電壓對(duì)應(yīng)的電功率，其定為其中Um是短期最大輸入電壓，R是額定阻抗。

2）長(zhǎng)期最大功率特性解釋：與長(zhǎng)期最大輸入電壓對(duì)應(yīng)的電功率。

3）額定正弦功率特性解釋：與額定正弦電壓對(duì)應(yīng)的電功率。

4）額定噪聲功率特性解釋：與額定噪聲電壓對(duì)應(yīng)的電功率。

5.

頻率特性

1）額定頻率范圍特性解釋：由制造廠規(guī)定的揚(yáng)聲器的頻率范圍。

2）共振頻率特性解釋：

a：在揚(yáng)聲器單元的阻抗模值隨頻率遞增變化的曲線上，出現(xiàn)某一個(gè)阻抗極大值時(shí)的頻率。

b：閉箱揚(yáng)聲器系統(tǒng)（包括分頻器）的阻抗模值隨頻率遞增變化的曲線上，出現(xiàn)第一個(gè)極大值時(shí)的頻率。倒相箱無(wú)源輻射箱f0Z測(cè)量點(diǎn)fu

6.自由場(chǎng)和半空間自由場(chǎng)條件下的聲壓

1）指定頻帶內(nèi)的聲壓特性解釋：饋給揚(yáng)聲器以規(guī)定頻率范圍、規(guī)定電壓值的粉紅噪聲信號(hào)時(shí)，揚(yáng)聲器在參數(shù)軸上離參數(shù)點(diǎn)規(guī)定距離處所產(chǎn)生的聲壓。

2）指定頻帶內(nèi)的聲壓極Lr

Lr=20lg---單位dB

式中：Pr測(cè)得的指定頻帶內(nèi)的聲壓?jiǎn)挝籔aPo：基準(zhǔn)聲壓20μPa（即1000Hz聲音的可聽(tīng)閾聲壓）如：80dB的聲壓級(jí)對(duì)應(yīng)的聲壓為0.2Pa90dB的聲壓級(jí)對(duì)應(yīng)的聲壓為0.6324PaPrPo

3）指定頻帶內(nèi)的特性靈敏度

特性解釋：在指定頻帶內(nèi)的聲壓換算成輸入功率為1W和參數(shù)軸上距離參數(shù)點(diǎn)1m處的值。

4）指定頻帶內(nèi)特性靈敏度級(jí)特性解釋：特性靈敏度與基準(zhǔn)聲壓（20μPa）比值的對(duì)數(shù)值乘以20以dB表示。

例如：<1>饋給揚(yáng)聲器的功率增大1倍，聲壓提高√2，倍，聲壓級(jí)提高3dB。

<2>饋給揚(yáng)聲器的電壓增大1倍，聲壓提高1倍，聲壓級(jí)提高6dB。

<3>饋給揚(yáng)聲器的功率增大至10倍，聲壓提高√10倍，聲壓級(jí)提高10dB。由于測(cè)量時(shí)所加電壓或測(cè)試時(shí)距離不同可用下式換算：

Lp=20LgPr/Po-10LgPe/Peo+20Lgr/ro

式中Lp—換算到1m，1W時(shí)的電壓級(jí)dBPr—在r處測(cè)得的聲壓PaPo—基準(zhǔn)聲壓20uPaPe—測(cè)試時(shí)饋給揚(yáng)聲器的功率WPeo—參考功率1Wr—測(cè)試距離mro—參考距離1m

5）指定頻帶內(nèi)的平均聲壓特性解釋：指定頻帶內(nèi)所有1/3oct頻帶測(cè)得到聲壓方均根值即P平均＝

6）指定頻帶內(nèi)的平均聲壓級(jí)特性解釋：5）中的值和基準(zhǔn)聲壓比值的對(duì)數(shù)值乘以20以dB表示。說(shuō)明：oct是倍頻率（octive）的縮寫(xiě)，兩個(gè)聲音的頻率比值以2為底的對(duì)數(shù)稱之謂頻程，對(duì)數(shù)表達(dá)式為:n為倍頻程數(shù)，可以是分?jǐn)?shù)或整數(shù)，例如n=1，1/3則稱為“倍頻稱”和“三分之一倍頻程”，在電聲工程中常用這兩種倍頻程。如：100-200Hz，500-100Hz就是倍頻程。

100-125Hz，1600-2000Hz就是三分之一倍頻程。附件：常用帶通濾波器中心頻率和頻率范圍的一部分：中心頻率（Hz）1/1倍頻程1/3倍頻程低頻（Hz）高頻（Hz）低頻（Hz）高頻（Hz）10089.111212589177110140160142.6179.5200176224250177354223280315281353400356449500354707446561630561707800713898100070714148911122

7.自由場(chǎng)和半空間自由場(chǎng)條件下的響應(yīng)

1）頻率響應(yīng)特性解釋：在自由場(chǎng)或半空間自由場(chǎng)條件下，在相對(duì)于參數(shù)軸和參數(shù)點(diǎn)的指定位置，以規(guī)定的恒定電壓測(cè)得的作為頻率函數(shù)的聲壓級(jí)，所用的恒定電壓為正弦信號(hào)，或?yàn)轭l帶噪聲信號(hào)。(Hz)fSPL(dB)SPL(dB)

2）有效頻率范圍特性解釋：是上限頻率和下限頻率為界限的頻率范圍。

8.指向特性

1）指向性圖形

特性解釋：在自由場(chǎng)條件下規(guī)定的平面內(nèi)測(cè)得的聲壓級(jí)表示為：測(cè)量軸和參數(shù)軸之間夾角的函數(shù)，它可以隨頻率不同而變化。

低頻典型圖形高頻典型圖形00450900135022503150004509002）指向性頻響曲線

特性解釋：在偏離參數(shù)軸不同角度處測(cè)得的一組曲線2250135

27003150(Hz)SPL(dB)f00300

3）輻射角特性解釋：在包含參數(shù)軸的平面內(nèi)，相對(duì)于參數(shù)軸測(cè)得的角度在此角度上和規(guī)定的距離處，測(cè)得的聲壓級(jí)比在參數(shù)軸上測(cè)得的聲壓級(jí)低10dB。4）振幅非線性總諧波失真dt

特性解釋：

以%計(jì)：dt=n次諧波失真dn

特性解釋：

以%計(jì)：dn=

以dB計(jì)：Ldn=20Lg

如：揚(yáng)聲器的二次諧波失真為10%即d2=10%

那么以dB計(jì)的Ldn=20Lg=-20dB

下圖是掃頻法失真值以dB表示。

下圖是點(diǎn)測(cè)法失真以百分?jǐn)?shù)表示9.極性標(biāo)志：

特性解釋：

是指在揚(yáng)聲器輸入端饋入信號(hào)時(shí)，揚(yáng)聲器膜片產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)的方向與輸入端所加信號(hào)極性之間關(guān)系的標(biāo)志。實(shí)用價(jià)值：

極性對(duì)使用單個(gè)揚(yáng)聲器的場(chǎng)合沒(méi)有什么意義，但對(duì)使用多只揚(yáng)聲器的系統(tǒng)或場(chǎng)合，尤其對(duì)立體聲、多聲道放聲有致命影響。

極性測(cè)量方法

按規(guī)定饋給揚(yáng)聲器以瞬時(shí)直流電壓，引起膜片向揚(yáng)聲器前方運(yùn)動(dòng)時(shí)，與電壓正級(jí)相連接的輸入端為揚(yáng)聲器正極，用紅色或符號(hào)“+”表示。+-電池+-+-+-萬(wàn)用表直流微安或毫安擋ok極性檢測(cè)儀++-

10.漏磁場(chǎng)（雜散磁場(chǎng)）

特性解釋：在距離揚(yáng)聲器任何組成部分某以規(guī)定距離處由于揚(yáng)聲器磁回路的泄露而產(chǎn)生的雜散磁場(chǎng)。

11.其余項(xiàng)目

1）外觀及機(jī)械質(zhì)量檢驗(yàn)要求

<1>焊片及接線架.小于Φ100mm的圓形揚(yáng)聲器及等效面積與其相當(dāng)?shù)姆菆A形揚(yáng)聲器其焊片及接線架應(yīng)能承受2N的拉力不得松動(dòng)。

大于或等于Φ100mm的圓形揚(yáng)聲器及等效面積與其相當(dāng)?shù)姆菆A形揚(yáng)聲器其焊片及接線架應(yīng)能承受5N的拉力不得松動(dòng)。

<2>外觀

標(biāo)志應(yīng)清晰，外觀應(yīng)整潔，無(wú)明顯機(jī)械損傷，鉚、焊及粘接牢固，紙盆不應(yīng)起皺、劃痕、脫落；金屬零件的鍍層應(yīng)符合SJ42及SJ1276-1285的要求。

2）電氣可靠性試驗(yàn)

<1>可焊性

應(yīng)符合GB242328中的規(guī)定

<2>絕緣電阻

音圈引出端與盆架和磁路的金屬部分之間的絕緣電阻部小于1MΩ。<3>耐電壓

音圈引出端與盆架和磁路的金屬部分之間加定流電壓，應(yīng)無(wú)擊穿打火現(xiàn)象，一般為1分鐘。

3）環(huán)境可靠性試驗(yàn)

<1>高溫負(fù)荷和儲(chǔ)存試驗(yàn)

在55℃±2℃條件下工作6h，然后放置2h。

<2>穩(wěn)態(tài)濕熱試驗(yàn)在40℃±2℃，相對(duì)濕度（95±3）%歷時(shí)48h，電視揚(yáng)聲器為96h。

<3>低溫負(fù)荷和儲(chǔ)存試驗(yàn)

在-10℃±3℃條件下工作1h后，在-25℃±3℃條件放置2h。4)額定噪聲功率試驗(yàn)

輸入揚(yáng)聲器額定帶寬的粉紅噪聲信號(hào)連續(xù)工作100h，也可用1.2倍（或1.5倍）上述信號(hào)的噪聲功率，連續(xù)試驗(yàn)48h（或24h）有爭(zhēng)議時(shí)應(yīng)以100h為準(zhǔn)。10.物理特性

1）尺寸:揚(yáng)聲器的外形結(jié)構(gòu)和安裝尺寸。

2）重量：揚(yáng)聲器使用時(shí)的重量。

3）電纜配套件。

11.設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)可作為補(bǔ)充資料提供給客戶

如：總氣隙磁通量氣隙磁通密度音圈直流電阻磁體的重量和質(zhì)量

五.附錄

1.標(biāo)準(zhǔn)障板（IEC285）1）尺寸：1650×1350mm.由高內(nèi)阻尼的硬木制成。2）對(duì)于外徑大于50mm圖9的圖形揚(yáng)聲器d=1mm。對(duì)于外徑小于等于100mm的圖形揚(yáng)聲器和短軸小于等于100mmd=5mm。對(duì)于外徑尺寸大于100mm的圖形揚(yáng)聲器和短軸大于100mm非圓形揚(yáng)聲器d=10mm。否則高頻響應(yīng)將有很大誤差，（因?yàn)檩椛浞较蛐纬梢粋€(gè)管狀腔室。）

d300d2.白噪聲和粉紅噪聲（whitenoise、pintnoise）

噪聲信號(hào)一般分為白噪聲和粉紅噪聲兩種：白噪聲-----指頻譜連續(xù)而均勻的噪聲，在很寬頻率范內(nèi)用固定帶寬測(cè)量時(shí)，在線性頻率坐標(biāo)系中，其能量分布是均勻的，在對(duì)數(shù)頻率坐標(biāo)系中其能量分布每倍頻程上升3dB。

粉紅噪聲----指頻譜連續(xù)而均勻下降的噪聲，在很寬頻率范圍內(nèi)，用固定帶寬測(cè)量時(shí)