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扬声器的技术原理


一、概念:

     扬声器又称喇叭,是一种电能转换器,它是通过某种物理效应把电信号转换成声信号并向周围媒质辐射的电声换能器,实现电声能转换的的物理效应。 无论在放音系统还是在电扩声系统中,它都是将电最终还原成声的最后环节,是整个电声音响系统的喉结。

     音响技术其最重要的研究目的在于获得最佳的听音效果。而电声技术是音响技术的核心,音响技术较电声技术有更广的范畴,可以认为:音响技术包含电声技术、建筑声学、心理物理声学及音乐学的部分内容。

     音响是一门综合性的技术,又有很强的艺术性,从事音响工作的人员在电子技术、电声技术、建筑声学、音乐学等方面都具有较丰实的知识储备,且要有较高的艺术修养。具体如下:

       1)、音响工作者应深入掌握电声技术、电子技术,以及必要的物理学尤其是声学知识;

       2)、要熟练掌握电声器材、设备的基本原理和操作方法;

       3)、应切实掌握各种声源的声音特征和特性,以及人耳的听觉特性;

       4)、必须具备敏锐的听觉能力以及对声音色彩的辩析能力;

       5)、应具有较高的文艺修养,尤其是音乐修养;

     电声音响技术的最终目的是要得到听感良好的声音,最终的评判标准是人耳的听感。

  二、扬声器的种类:

扬声器单元品种繁多,对扬声器的合理选择和正确使用,要了解扬声器的种类和特性以及主要技术指标的意义。

1)、按其振膜结构可分锥体扬声器(振膜为圆锥形)、球顶形扬声器(振膜呈球缺形)、平板形扬声器(振膜为一平板)和带式扬声器(振膜为金属簿带);。

2)、按其用途可分:高保真用扬声器;扩声用扬声器;监听用扬声器;乐器用扬声器;电视机。收音机用扬声器;汽车用扬声器;警报、船用扬声器等等。  

3)、按其结构分单纸盆扬声器;复合边扬声器;复合号筒扬声器;同轴复合扬声器。

4)、按重放频带分类:低频扬声器;中频扬声器;高频扬声器;全频带扬声器。

5)、按磁路结构分类:外磁式扬声器;内磁式扬声器;屏蔽式扬声器。

6)、按物理效应可分电磁式扬声器(利用馈有音频电流的电磁铁与连有振膜的衔铁之间的相互作用来实现电声能转换)、压电式扬声器(利用压电体反向压电效应来实现电声能的转换)、电容式扬声器(利用电容器极板之间的静电力来实现电声能的转换)、电动式扬声器(利用磁场对载流导体的作用来实现电声能的转换)、动圈式扬声器(将磁场中的导体做成线圈的形式)等等;上述各扬声器中,电动式扬声器结构简单牢固,保真度高,频响较宽且适合制成大功率驱动单元,性能良好,品种繁多,是当前扬声器生产的主流。

随着立体声技术的发展以及人们欣赏能力的提高,对扬声器的音质提出了更高的要求,要求扬声器同时具备承受功率大、动态范围大、失真小、频响宽广平坦和瞬间响应良好的特性;所以根据场地、用途的不同选择适用的扬声器,以达到完美。其锥体扬声器是最普通、产量最大、应用最广的扬声器;

 扬声器的工作原理:

根据左手定则使线圈通电产生磁场,与固有磁场(T铁、夹板、磁体)产生相互排斥和吸引使之振动,通过电动力效应激发振动系统的机械振动,从而向空气辐射声波,引起周围媒质产生波动形成声音,完成电能转换成机械动能,再转换成声能的现象。此为扬声器的发声原理。

使电动势扬声器的振膜发生振动的力即磁场对载流导体的作用力称电动势换能器的力效应其大小:F=Bli;一旦音圈受力运动,就会切割磁隙中的磁力线,从而在音圈内产生感应电动势,这种效应称为电动式换能器的电效应,其大小:e=BLv;(B:磁感应密度;L:音圈导线长度;I:流经音圈的电流;v:音圈的振动速度;e:音圈中的感应电动势)。电动式扬声器的力效应与电效应是同时存在的,相伴而生的。由于电效应的存在,将对扬声器的电阻抗特性产生极大的影响。

音圈在磁场中受力,由左手定则决定:左手平伸,使拇指和其它四指垂直,若磁场的方向指向掌心,其余四指指向电流的方向,则拇指的方向即为音圈的受力方向;若改变电流的方向,则力F的方向也随之改变。

如果流经音圈的电流强度和方向随时间不断变化,电动力F也就随着变化;则电动力的方向也就是音圈的运动方向。随着电流强度和方向的变化,音圈就在空气隙中来回振动,其振动周期等于输入电流的周期,而振动的幅度,则正比于各瞬时作用电流的强度。若将音圈固定在一个膜片(纸盆)上,并输入音频电流,则振膜在音圈的带动下产生振动,从而向周围介质辐射声波,实现了电声能之间转换。以锥动式扬声器为例。此扬声器多为直接辐射式扬声器,其振膜直接向周围介质(空气)辐射声波。当音频电流通过电动式扬声器音圈时,就会使音圈受到磁场力的作用而产生相对应于电信号的振动,因为音圈和音盆粘接在一起,从而也就带动音盆一起振动,将声波辐射出去。

采用电动式换能原理的扬声器经历了很长的发展历史,其性能得到了不断的完善和提高,成为最广泛的扬声器,基于这种换能方式的扬声器各项指标的提高,仍尚有潜力,提高其性能的主要途径:

1)、提高音圈所处的磁隙的磁通密度和均匀度;设法制造出具有较大振幅而又不至于超出磁场有效范围的“长冲程”扬声器。

2)、解决音圈发热问题,提高扬声器能承受的功率。

3)、采用新材料、新工艺、新结构不断提高辐射器的性能。

三、电动式扬声器的电声参数:

扬声器的电声性能可以用一系列的电声参数加以描述,称为扬声器的电声参数或电声性能。这些性能主要有:最大噪声功率、额定阻抗、效率、频率响应、有效频率范围、指向特性、非线形失真等等。

1)、最大噪声功率:

指该扬声器在额定频率范围内,用规定的噪声信号测试结果为基础所规定的功率值。扬声器应能承受在额定频率范围内馈以该功率值的模拟节目信号进行负荷试验。

2)、额定阻抗:

用一个纯电阻代替扬声器作为负载,这个纯阻就是扬声器的额定阻抗。是计算馈给扬声器的电功率的标准。

扬声器的输入阻抗(音圈两端的电压与流经音圈的电流之比)是随频率而变,其摸值随频率的变化曲线称扬声器的阻抗曲线。厂家规定的额定阻抗即为阻抗曲线上第一个最大值后面的最小阻抗摸值(见图f1)。从图上可看出,在低频断f0处,曲线有一个很突出的峰,这一点就是扬声器机械振动系统的谐振频率f0。此时扬声器的输出大,灵敏度高,同时非线性失真也大,瞬态特性很差。扬声器的低频下限也取决于谐振频率f0;随着频率的增高,在f1处出现一个反谐振峰,此时扬声器达到有效频率范围内阻抗的最小值,即扬声器的标称阻抗。

扬声器的标称阻抗采用4Ω、8Ω、16Ω、32Ω的系列。

f0        f1

f:谐振频率         f1:额定阻抗值

3)、效率:

指在某一频带内的效率,是该扬声器在该频带内所辐射的声功率与馈给扬声器的电功率之比。η=Pa/Pe*100%Pa:扬声器在一定频带内所辐射的声功率,Pe:馈给扬声器的电功率),表明了输入扬声器的电功率大部分转换成声功率。对于直接辐射式扬声器,电声效率极低。

4)、频率响应:

指馈给扬声器的电压为恒定时,扬声器在参考轴(通过参考点垂直于参考面的直线,参考点即为盆口平面的几何中心;参考面是用来定义点的位置和参考轴方向的面,通常平行于辐射面或盆口平面)上所产生的直达声压随频率变化的特征;用曲线表示,称为频率响应曲线。它反映了扬声器对不同频率的声波的辐射能力。

5)、有效频率范围:

在频响曲线上灵敏度最大的区域内,取一个倍频程带宽,并在此频带内馈给扬声器以规定电压值的粉红噪声信号时,在参考轴上指定距离处测得该频带内的声压级,进而从此声压级下降10dB,作一条平行于频率轴的直线,与频响曲线的高低两端分

别相交,则此两交点所对应的频率f1f2之间的频率范围称为有效频率范围(不计1/8Oct的各点)。

对于电动式扬声器,通常把谐振频率看作是有效频率范围的低限频率。

6)、特性灵敏度(级):

在扬声器的有效频率范围内,馈给扬声器以相当于在额定阻抗上消耗1瓦电功率的粉红噪声电压时,在参考轴上离参考点1米处所产生的声压。在此1m的概念很重要,因为在对扬声器灵敏度的测试中,具体测其声压级必须在“远场”区域内进行,然后再折算到1m处的声压级。

扬声器灵敏度的高低,在扬声器振动系统的性能及气隙中磁通密度B的大小有关。扬声器的灵敏度高,则意味着在同样输入功率情况下,可产生较高的声压。

7)、指向特性:

是扬声器所辐射的声压在空间的分布状况。

低频时,扬声器辐射面的线度,要比扬声器所辐射的声波波长小得多,其辐射是无指向性的;但随着频率的增加,声波波长越来越短,当波长与辐射面的线度可以比较或小于辐射面的线度时,扬声器的辐射将出现明显的指向性。表示扬声器辐射指向性的方法:a、指向性频率响应;b:指向性图形。

扬声器辐射指向性的出现,辐射面不同部位所辐射的声波相互干扰的结果。振膜越大、频率越高,其指向性就越强;扬声器的指向性还与振膜的形状、纸盆顶角的大小因素有关。

8)、非线性失真:

重放时,出现电信号中所没有的频率成分的那种失真称为非线性失真。互调失真、谐波失真都是非线性失真。

1)、谐波失真:当输入扬声器某一频率的正弦信号时,扬声器输出的声信号中,除了原输入的信号(基波)外,同时出现二次、三次谐波;

其产生的原因:

a:在大振幅(低频时)时,由折环及定心片所组成的支撑系统不再符合线性的胡克定律;

b:由于工作间隙内磁感应密度沿轴向的不均匀性;

c:中频时,主要是音圈内铁心的非线性所致。

2)、互调失真

当扬声器同时重放使迎圈作大振幅振动的低频信号和音圈作小振幅振动的高频信号时,重放声中除了低频信号、高频信号及谐波成分外,还会出现新的频率成分,这种称为互调失真。

由于低频信号周期地改变着机电转换系数(BL)的值,而此周期又显著地大于高频信号的周期,从而高频信号的振幅受到低频信号的调制而出现失真。

9)、瞬态失真:

由于扬声器的振动系统跟不上快速变化着的电信号而引起的输出波形的失真。这种失真与频响曲线的平滑有关,在频响曲线的峰谷处更为严重。为了改善扬声器的瞬态失真,通常把扬声器的频响扩展至超声频段,以改善其前沿特性;控制扬声器的阻尼来缩短其拖尾时间。``  

对扬声器各项性能的要求,随扬声器的不同要求而定,有的扬声器可以低些,有的则必须有较高的要求;在一系列的电声性能中,也不能一味追求其中某个性能的高要求,而必须统筹兼顾;或者按照客户的要求、按照设计扬声器的场地的不同,全面完成设计要求。

四、扬声器系统的种类:

低频扬声器振膜在振动时,振膜向前运动会对振膜前面的空气进行压缩,同时使振膜后面的空气变的稀疏,振膜前后的声波在相位上相差180度,即相当于所辐射声波的半个波长;在低频时,振膜前后的声波相互作用,几乎完全抵消,声音十分微弱。这种效应称为声短路。这种现象只出现在较低的频段。

为了避免声短路,采用各种形式的重放方法,如障板、后敞开式音箱、封闭箱、倒相箱、声曲径箱、带通式音箱和声柱等。

1)、封闭箱

在结构和分析方面都是箱式扬声器系统中最简单的。实质上是一个完全密闭的箱子,仅在箱体上开扬声器的安装孔。其典型设计有无限大障板式设计和空气悬浮式设计。无限大障板式设计其体积很大,箱内空气的力顺远大于扬声器驱动单元的力顺;其系统的谐振频率基本上决定了扬声器驱动单元的等效力顺和等效质量。而空气悬浮式设计箱体很小,箱内空气的力顺远小于扬声器驱动单元的力顺,因此,系统的谐振频率基本上决定于箱内空气的等效力顺和扬声器驱动单元的等效质量。

当扬声器单元至封闭箱以后,封闭箱的谐振频率将大于扬声器单元的谐振频率,封闭箱的总品质因数也将大于扬声器单元的总品质因数。

2)、倒相箱

封闭箱使扬声器振膜前后两面的声波隔绝,从而避免了声短路,但是由于振膜背面的辐射无法利用,声能量严重浪费。同时,扬声器系统的谐振频率和品质因数必将高于扬声器单元的谐振频率和品质因数。要尽量降低封闭箱的谐振频率和品质因数,封闭箱的体积往往要做得很大。在封闭箱的表面上开一孔安装倒相管(或空纸盆),使扬声器单元和倒相管(或空纸盆)直接向媒质中辐射,利用管道(或空纸盆)等与箱体的相互作用,将扬声器单元振膜背面所辐射的声波进行适当的相位变化,使与扬声器单元正面所辐射的声波在主要频段内相位相同,以增加低频辐射,其结构的音箱称倒相箱。

倒相箱巧妙地利用了扬声器单元振膜背面的能量以有效地辐射低频;如果低频重放下限相同,用相同扬声器单元制成的倒相箱比封闭箱体积更小;如果音箱体积相同,用同样的扬声器单元制成的倒相箱比封闭箱的低频重放下限更底。

3)、声曲径式音箱

一般是指内壁铺有吸声材料的导管,导管的一端紧密地耦合在正面向媒质辐射的直接辐射式扬声器驱动单元的振膜背面,另一端与周围媒质相耦合,导管常常是折叠着的,也称声迷宫箱或声传输线扬声器系统。

4)、带通式音箱

带通式音箱因其声频响曲线类似于带通滤波器而得名,其重放频段一般为低频段。带通式音箱有两种:一种是将扬声器单元装在音箱表面上(如封闭箱或倒相箱)直接向空间辐射,用电子滤波器将高频段过滤掉,另一种是将扬声器单元装在音箱的内部(不直接想空间辐射),用箱体与扬声器单元的相互作用形成的声学滤波器将高频段滤掉,因此也称内置单元式音箱。除非特别声明,带通式音箱一般是指后一种音箱。

根据带通式音箱声频响曲线上升沿和下将沿的斜率不同,将带通式音响分为四阶、五阶、六阶、七阶、八阶等等。其中市场上常见的是四阶带通式音箱。

5).声柱

声柱是将一定数量的直接辐射式扬声器直线排列,装在柱状箱中,以获得预期的指向性和最大轴向声压级的装置,这些扬声器通常排列在平面(或曲面)上同向工作。声柱内多个扬声器的排列使声柱辐射时产生声波干涉。因此,声柱的水平指向性很尖锐,而声柱的水平指向性较宽,与一个普通的扬声器差不多。声柱能将声波辐射较远的距离且产生较均匀的声场。在离声柱较近处,声柱上的多只扬声器辐射到该点的声波相位差较大而彼此削弱。

常用的声柱有线列声柱、曲线声柱、凹曲面宽频带声柱等。线列声柱是声柱中最简单的一种,由多个直接辐射式电动扬声器排列成一直线组成。各扬声器的间距相等,同相工作,并辐射相同的声功率。线列声柱具有许多优点,其结构简单,方向性强,功率容易控制,频率范围宽等。曲线声柱有许多同相振动、相距很近且分布在圆弧上的扬声器组成。凹曲面宽频带声柱由分频段重放的若赶直接辐射是扬声器和若干号筒式扬声器组成,一般用于高质量扩声系统。

声柱的优点结构简单,指向性强,效率较高,功率易于控制,频率范围能满足一般要求。利用声柱的指向性,可以补偿远距离时声强衰减过多之缺陷,使整个场内的声场均匀。

声柱的垂直指向性强是声柱的突出优点。但是,为了使直达声覆盖比较大的区域,有时也需要展宽声柱的高频垂直指向性。此时可采用:(1)曲线性声柱;(2)多排声柱;(3)阶梯型声柱;(4)锯齿型声柱。声柱的基本性能可用指向性、谐振频率和辐射效率三个基本参数描述。

6)、分频器:

运用衰减器进行各单元的幅度平衡后,一般需要对各单元采取频段平衡措施,以避免各单元辐射频段过多重叠。这种平衡器元件就是分频器。

分频器有两类:一类为功率分频器,特点是分频器在功放之后,扬声器单元之前。另一类为电子分频器,其特点是分频器在功放之前。分频器也可分串联型和并联型。其中并联型滤波器以绝对优势成为扬声器产业界最受欢迎的选择。其优点是多路扬声器单元中的每一只都可视为独力的部分,而串联型滤波器任一元件的变化都可能引起较复杂的变化。

分频器按衰减率可分为一阶(6dB/ct)、二阶(12dB/oct)、三阶(18dB/oct)、四阶(24dB/oct)等。

扬声器系统的电声参数:频率响应、特性灵敏度、额定阻抗、最大功率、指向性、失真等等。

五、扬声器电声参数的测试

1、测试的声场

1)   自由声场:

可以忽略边界影响的均匀的个向同性的媒质中的声场称为自由声场。理想的自由声场是传播声波的介质均匀地向各个方向无限延伸,使声源辐射的声波能“自由”地传播;即无障碍物的反射,也无环境噪声的干扰。显然必须制造一“消声室”即采取良好的隔声和隔振装置,避免外界环境的干扰,在室内个界面上铺设吸声性能好的材料,使声能的吸声系数达99%以上。其性能的好坏,在低频主要决定于吸声材料和结构的吸声性能,在中、高频主要决定于室内装置对声波的反射。

自由声场的鉴定是利用球面波的声强随着测试点到点声源之间的距离的平方成反比的规律,即声压与距离成反比的关系。

在自由声场鉴定中应注意:一是声源应该满足球面声源的条件;二是测试距离应该从声源的声中心算起;三是当房间的体积较大或频率较高时,应考虑空气吸收而引起的衰减修正。

2)、混响声场:

产生一个理想的混响声场必须具备:(1)、空间各点的声能密度均匀;(2)、从各个方向到达某一点的声能流的几率相同;(3)、由各方向到某点的声波的相位是无规的。

直达声的声能与混响声的声能相等的点到声能的平均距离称为混响半径;混响半径以外的声场称为混响声场。混响半径与声源的指向性因数、混响室的体积、混响时间(室内声场关闭后,声压级减少60dB所需要的时间)有关;因此,在混响室中测量,测试点离开声源的距离应大于混响半径。

2、测试的规定

1)测试条件:测试点在轴向离开声源的距离r满足:rdrd2/λ时,轴向声压随距离的增大而减小;声压与距离成反比。该点的声场近似地可以看作为球面自由声场。在远场测试必须满足以上两条件。

2)、按装条件:

1)障板

扬声器的辐射声功率主要决定于扬声器单元的特性,同时也决定于其负载;声负载由扬声器的按装方式决定,不同的安装方式,其辐射阻不同。扬声器不装在障板上时,它类同于偶极子辐射,其纸盆前后两面都向外辐射声波,又相位相反;当频率比较底时,两列波发生干扰,因为相位相反而抵消;频率越低,干扰越厉害,辐射阻也就越小,辐射声功率也就越低。如有一无限大障板把前后两列声波隔开,就不会发生干扰现象而影响声波的辐射。

由于无限大障板不现实,有必要规定一标准的障板,因此,扬声器向后辐射的声波,在频率比较低时,仍将会饶过障板与向前辐射的声波发生干扰,在扬声器频率响应曲线上出现不应有的峰谷。这是障板引起的,不是扬声器频响不好。测量的曲线的低频段的起伏随测试距离不同而有所变化,这也是障板前后干扰引起的。

标准障板的表面要求做成平整以利于声波反射,它应由高内阻尼的硬材料制成,同时要有足够的厚度以保证其振动可以忽略。单个扬声器单元应该置于障板上测试,对于扬声器系统,则按照实际使用情况测试。

2)、参考点和参考轴

参考点就是测量时测试传声器对准被测扬声器辐射平面上的那一点;参考轴是通过参考点垂直于辐射平面的一条直线。

参考点选择不合适,将会影响到被测扬声器的灵敏度以及高频时的频率特性。扬声器的辐射特性随频率增加将出现明显的指向性。频率越高,指向性越强。对于单个扬声器一般选在辐射口面的中心;对于扬声器系统,一般选在高音单元,因高音单元的指向性比低音单元的强。原则上,测试传声器的位置应该是在个通道指向性图形主瓣最大能量点附近。

3、扬声器的频率特性

扬声器的频率特性是指馈给扬声器一定电压时,扬声器在参考轴上所辐射的声压随频率变化的特性。它是扬声器的重要参数之一。反映了扬声器对各种频率的声波的辐射力。

扬声器的频率特性一般包括:声压频率响应曲线、有效频率范围和不均匀度。

1)声压频率响应曲线

测量时应该在自由声场中进行,扬声器按装在标准障板上,测试传声器应该放在参考轴上,离扬声器的参考点的距离要满足远场条件。采用恒压法测量,即保持输给扬声器的电压恒定不变。测量时馈给扬声器电压应等于相当在标称阻抗上耗散1W功率的电压,或为标称功率的1/10W

2)有效频率范围

对于电动纸盆扬声器,其频率范围的下限应从其低频机械共振频率算起,低于这共振频率部分,扬声器处于劲度控制,其辐射功率的降低以每倍频程12dB的速度下降。但考虑到人耳对[频率的鉴别能力,把频率曲线上小于1/9倍频程的峰谷忽略不计。

在频响曲线图上经常会出中频谷点,对其分析原因:

a:纸盆设计与工艺上的不合理;

b:对R环设计过宽;

c:纸盆毛坯含水量太高;

d:垫压时压力过大;

e:纸盆R环过紧;

3)不均匀度

在声压频率响应曲线的有效频率范围内,声压级最大与最小值之差(小于1/9倍频程的峰谷不计),称为扬声器的不均匀度。

4、扬声器的灵敏度

扬声器的灵敏度是指扬声器输入端馈给单位电压,在其参考轴上距离参考点1m远处产生的声压值。其数学表达式:

         ML=Pf/E

式中:E为馈给扬声器的电压(V);Pf为距扬声器参考点1m远处的声压值(Pa)。

如果测试传声器的灵敏度级在测试频率范围内保持不变(即灵敏度频率响应曲线平直),又馈给扬声器的电压保持不变(恒压法),则传声器输出电压随频率的变化就反映了扬声器所辐射的声压随频率变化的特性。因馈给扬声器的信号不同,有两种测试方法和两种表达方式。即扬声器的平均特性灵敏度和扬声器的特性灵敏度。

5、扬声器的阻抗

扬声器的阻抗特性反映了扬声器的振动系统岁频率变化的特性,这是扬声器机械系统设计的直观反映。在阻抗曲线上可以测量机械谐振频率、振动系统的Q值、最佳匹配的阻抗,以及高频时感抗部分变化的情况。这对扬声器与信号源的匹配,扬声器低频信号的设计,以及扬声器箱设计的考虑等来讲是很重要的参数。常用阻抗曲线和额定阻抗来表示扬声器的阻抗特性。

1)、扬声器的阻抗曲线:

扬声器的等效输入电阻抗(ZE)随频率变化的情况表示在对数坐标刻度的图上,这曲线称为扬声器的阻抗曲线。为了测量等效输入电阻抗随频率变化的曲线,信号源必须是恒流源。

扬声器的等效电阻抗也可以不在消声室内测量,但应注意在扬声器辐射平面正前方1m处不要有障碍物。

从阻抗图上可以看出,在f0|ZE|达极大值,其物理本质是电动扬声器存在有机械谐振频率f0,在这频率处振动系统的振动速度的幅值达到最大,因而,在磁场中运动的音圈感应的反电动势也达到最大值。在f0以下,扬声器处于劲度控制,扬声器辐射声波的能力以每倍频程12dB的速度下降。因此,f0又称扬声器的低频截止频率;根据这谐振峰的高度还可以计算扬声器的Q值。

阻抗曲线在f1处,|ZE|达极小值。如果选用f1时的|ZE|与信号源匹配,扬声器可以获得最大功率;在f1处匹配好后,在其它频率也同样能与信号源有较好的匹配。因此,制造厂常用这个频率的阻抗作为标称阻抗或称为额定阻抗。

6、扬声器的指向性

扬声器辐射的声波随频率的增加,波长变短,当波长与扬声器的线度可以比拟时,由于声波的相互干扰,扬声器辐射的声波将出现明显的指向性,频率越高,指向性越强。

扬声器的指向特性一般用指向性图案、指向性因数和指向性指数来描述。也有用等声压级曲线来表示扬声器指向性特性的,它是一张以频率为横坐标,以与扬声器的参考轴的夹角为纵坐标的等声压级曲线图。它的基础仍为指向性图案。

1)、指向性图案:

指扬声器辐射声波的声压级随辐射方向变化的曲线。

2)、指向性因数:

指在自由声场的条件下,场声器膜片法线上,指定距离r处的声强I1与同一位置上,有总辐射声功率和它相同的点源所产生的声强I2之比。

3)、指向性指数:

扬声器的指向性指数定义为指向性因数的对数乘以10

7扬声器的效率

消声室测法是将扬声器置于消声室内,扬声器输入端馈给一定频率的电压,在扬声器周围足够大的半径的球面上测出不同方位角的声压值,然后求和得到声功率。

混响室测法是将扬声器置于混响室内,馈给一定带宽和一定功率的噪声信号,测出空间各点声压的平均值P和该带宽中心频率的混响时间,即可求得扬声器的辐射声功率。

8、扬声器的失真

扬声器的失真是影响音质的主要因素,人耳对频率的变化是敏感的,经过训练的人可以分辨到1Hz以下。

造成非线性失真的原因:

a:低频:磁场的不均匀度;振动系统的振动。

b:高频:阻尼的大小。

其非线性失真主要有:谐波失真、互调失真、瞬态失真。

谐波失真是振幅非线性引起的一种失真,其测试方法有纯音信号测试法和窄带噪声信号测试法;

互调失真分量的振幅比较大,频率分量较多,包含的能量也多,对人的听觉影响大,它也是系统非线性的一个重要的量,测试方法一般有解调法和频谱分析法。

瞬态失真与它的频率响应,相位特性以及振膜的阻尼和受力情况有关。扬声器对快速变化的电信号迅速作出反应,频率响应必须要宽,此外,扬声器的高频响应与扬声器振动系统的质量,质量轻则高频特性好,为了减轻振动系统的质量,已用金属膜取代纸盆和薄金属来代替音圈等措施,扩展频率响应,改善瞬态特性;其次,扬声器振动系统的阻尼小,即Q值高,则瞬态特性差,反之,阻尼大,瞬态好。









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