2019年2月12日星期二

揚聲器原理


揚聲器原理


揚聲器是由電磁鐵、線圈、喇叭振膜組成。揚聲器把電流頻率轉化為聲音。物理學原理,當電流通過線圈產生電磁場,磁場的方向為右手法則。假設,揚聲器播放C調,其頻率為256Hz,即每秒振動256次,揚聲器輸出256Hz的交流電,每秒256次電流改變,發出C調頻率。當電線圈與揚聲器薄膜一起振動,推動周圍的空氣振動,揚聲器由此產生聲音。

人耳可以聽到的聲波的頻率一般在20赫茲至20000赫茲之間,所以一般的揚聲器都會把程式設定在這個範圍內。工作原理和上述相同。能量的轉換過程是由電能轉換為磁能,再由磁能轉換為機械能,再從機械能轉換為聲音。

揚聲器的最終效能,是依靠人耳的聽感決定的,所以這個結果可能會因人而異。不過,還是可以將揚聲器許多方面的特性通過資料的形式表達出來的。一些常見參數包括[1]:

功率:包括最大功率、額定功率、平均功率等,功率越大對應的聲音也就越大。
頻率:發聲頻率,由於一般很難製造出在20-20000赫茲範圍內都表現良好的揚聲器,所以通常將幾個不同頻率的揚聲器組合起來構成揚聲器系統。
阻抗:通常為2的次方,例如2歐姆、8歐姆、32歐姆等等。
失真:包括互調失真、諧波失真等參數。
靈敏度(分貝/瓦):靈敏度越高,細節表現力越強。

揚聲器為一個揚聲系統內最多變的元素,每種聲音裝置都有可能不同。揚聲器的分類別方法有很多,比如可以按照工作方式、形狀等來區分。

電動式揚聲器
它的工作原理是讓電流通過線圈產生磁場,利用這個激勵出來的磁場和揚聲器原有的磁場作用產生振動,它是最常用的揚聲器。電動式揚聲器大致分為四個主要部分:

動力系統:包括音圈也就是電線圈,線圈通常同振動系統固定在一起,通過振膜來將線圈的振動轉換成聲音訊號。
振動系統:包括音膜,也就是喇叭膜片、振膜。振膜可以由各種材料構成,可以說振膜的材料、製作工藝在很大程度上決定了揚聲器的發聲品質。按照製作材料不同,可以將振膜分為以下幾種:
紙盆:紙盆的成本較低,而且還可以和其它纖維混合起來製作成混合型振膜,它是應用最多的振膜材料。
陶瓷:重低音效果較好
羊毛:在紙漿中混合進羊毛製作而成,低音效果不佳。
聚丙烯:成本較高。
金屬:多用於高音球頂喇叭。
木質:聲音溫暖,較適合聽人聲或古典。
支撐系統:包括盆架等
磁鐵:按照其磁鐵安裝方式不同分為:
外磁式:讓音圈包著磁鐵,所以音圈尺寸要大於磁鐵。外音圈尺寸提升,與振膜接觸面積也更大,動態也就更好。加大尺寸的音圈,還具備更高的散熱效率。
內磁式:音圈做在磁鐵內部,所以音圈尺寸較小得多。

壓電式揚聲器
利用壓電效應,電流通過時產生振動,驅動振膜產生聲音。

電極式揚聲器
實際上就是電容式,在電容的兩極之間施加巨大的電壓從而利用靜電場產生電場力,驅動振膜運動。雖然早在20世紀30年代就發明出了電極式揚聲器,但電極式揚聲器成本極高。

電漿體揚聲器
電弧擊穿空氣引起共振發聲,是現有的揚聲器中音質最好的。[5]發聲元件、放電電極體積小。發聲部分是電極和電弧,放電電極是兩個尖端。電弧擊穿空氣時有臭氧產生。

早在1900年就有人提出電漿體揚聲器的概念,此後又有人嘗試過商業化,但始終沒大規模流行,關鍵在於還存在不少問題:

對低頻回應很差
壽命短,功耗大
易受高壓、電磁干擾。
按振膜形狀
按振膜形狀不同,可以將揚聲器分為錐形、平板、球頂、號角式等。

錐形揚聲器
是目前應用最廣泛的喇叭。還可分為圓形、橢圓形等。圓形揚聲的尺寸通過最大直徑表示,橢圓形的尺寸則用橢圓的長短軸表示。

平板揚聲器
錐形喇叭的圓錐形振膜必然會產生氣室,這個氣室會造成共振使得效能變壞。而平板揚聲器則可改善這種現象。

球頂揚聲器
指向性較高,它的振膜通常由金屬構成,常用於中高音單元。

號角揚聲器
號角揚聲器主要原理同錐形揚聲器相同,只不過它的聲音是經由號筒輻射到空間的間接輻射。


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