扬声器是如何发声的？

扬声器1的工作原理。扬声器(speaker)一词，俗称喇叭；1993发表的电声歌词指出，扬声器是一种电声换能器，能将电信号转换成声信号，并辐射到空气中。据相关资料显示，扬声器最早发明于1877年，德国人(E.W.Scimens)获得了扬声器原型的专利。他首先提出了一种由置于径向磁场中的圆形线圈组成的电结构。1924年，美国人C.W.Rice和E.W.Kollogg发明了电动扬声器。二、音箱易响难精。全世界每年生产数以亿计的扬声器。它们广泛应用于通信、广播、教育、日常生活等领域。和布帛、小米、小米一样，成为了人们离不开的东西。对于我们从事音箱设计制造的技术人员来说，需要对音箱的理论、实践、技术有一个深入、系统、全面的了解。有人说音箱简单，但这是个小技巧，谁都能出音箱。这不能说完全没有道理。声学是个小学科，音箱是个小设备。不过十几到几十个元器件的生产门槛确实不高，但问题的另一面是音箱不好做。扬声器是一种电声器件，是电声研究的内容之一。电声学是一门包括电子学、声学、电磁学和磁学的交叉学科。扬声器虽然只有几十个部件，但其复杂程度远远超出我们的想象。这是因为:(1)音箱的能量转换层次多，反馈多。通常遇到的装置能量转换只有一次。例如，电动机将电能转化为机械能。发电机将机械能转化为电能。电灯把电能转换成光能。电池将化学能转化为电能。这里发生的只是一种能量到另一种能量的转换。而扬声器就不一样了，它把电能转化为机械能，再把机械能转化为电能，这在各种换能器中并不常见。其多层次、多反馈自然带来了系统的复杂性和多样性。一个扬声器系统中同时存在电气部分、声学部分、能量和机械部分(机械振动部分)。(2)扬声器的工作状态不仅是静止的，而且是振动的，是在三维空间中。这种三维振动系统边界条件多，其振动分析极其复杂，一般的数学工具是不够的。荷兰学者Frankort推导的锥微分方程是一个14变量的联立一阶微分方程，扬声器的振动也与频率和时间有关。其实是在多维空间里。(3)扬声器振动系统仅在低频区域是集总参数系统。当频率升高时，振动系统不再是刚体。在分析扬声器时，常采用等效电路法，将扬声器视为由集中参数组成的等效电路。因为我们熟悉电路理论，所以用电路理论分析音箱会得心应手。在分析扬声器的振动时，假设扬声器为刚体，便于分析。但上述假设只适用于低音频段。当频率升高时，扬声器不再是集总参数元件，扬声器振膜不再是刚体，振膜会以分裂模式振动。因此，在高频段，由刚体振动假设导出的分析是无效的，由等效电路导出的公式也是无效的。分布参数系统的特征还在于这些分散的元素不是相互独立的。具体来说，振膜上每一点的振动都不一样，每一点的振幅和相位都不一样，每一点都相互影响。也可以和大家熟悉的电子技术相提并论。因为熟悉的电器元件(电阻、电感、电容、晶体管、集成电路等。)和熟悉的电路原理，一个放大器可以根据电路图组装，使用这些元件的区别无论是有经验的工程师还是初出茅庐的中学生都是有限的。但是对于音箱和音箱，就没那么简单了。如果同一个单元组装成一个音箱，体验不一样的话可能会有相当大的差距。(4)扬声器的评价不仅取决于众多的客观测试指标，而且目前的客观测试指标也不能完全概括扬声器的好坏。扬声器客观测试指标多达10项，且有增加趋势。大多数测量都需要在消声室中进行。虽然现在有了计算机辅助测量，但仍然不能代替消声室的测量。演讲者的主观评价是必不可少的，而且是很离散的。往往因人而异，因时而异，因地而异，因歌而异，自觉不自觉地受到各种心理暗示的影响。评价的结果不仅取决于听者的修养、素质和心理状态，声音本身稍纵即逝，其难度高于其他需要主观评价的项目，如酒评、茶评等，涉及心理声学、生理声学、环境声学、音乐声学和数理统计方法。(5)扬声器制造技术涉及造纸、化工、粘合剂、金属加工、磁体制造等多个技术领域，体现了其综合性和多样性。其中，扬声器振膜材料的变化尤为重要。仅在几何形状不变的情况下改变振膜材料，不仅会改变客观测试指标，也会改变主观音质。因为以上五个方面给电声工作者带来了许多令人费解的话题，也给音箱技术增添了迷人的色彩。扬声器技术是为数不多的能把艺术与技术、趣味与科学结合起来的技术。也是古代声学与现代电子学相结合的产物；是一项发展空间广阔，与亿万人联系紧密的技术。努力发展扬声器技术是一种高尚而有益的贡献。3.说话人分类方法有很多种。今天介绍三种分类方法:(1)直接辐射扬声器喇叭扬声器耳机海尔扬声器按辐射方式分类；(2)高保真(家用)扬声器监听扬声器的分类；扩音用扬声器；乐器扬声器；电影用扬声器；收音机；电视；用于记录器报警的扬声器；水下用扬声器；船舶和汽车用扬声器(三)电动扬声器按工作原理分类电磁扬声器静电扬声器压电扬声器离子扬声器火焰扬声器气流调制扬声器磁失真扬声器四。磁电转换法拉第不仅发现了电磁感应现象，还总结了电磁感应的相同规律。1)当通过导体回路周围区域的磁通量随时间变化时，回路中产生感应电动势，从而产生感应电流。这种磁通量的变化可以由磁场的变化引起，也可以由导体回路在磁场中的运动或导体回路的一部分切割磁力线的运动引起。2)感应电动势的大小与磁通变化的速度有关，或者说与磁通随时间变化的速率成正比。总之，电磁感应现象的本质是磁通量的变化产生感应电动势。3)感应电动势的方向总是试图通过其产生的感应电流建立一个附加磁通量，从而阻碍引起感应电动势的磁通量的变化。1845年，法拉第的实验定律被F . E.Neumamn等人写成了数学形式。如果磁通量的变化率以韦伯/秒为单位，感应电动势的单位以伏特为单位，法拉第实验定律可以用数学公式表示为ε =-D φ/dt。这个方程叫做法拉第电磁感应定律。关于法拉第电磁感应定律，我要特别强调以下几点:1以来导体回路中之所以会产生感应电流，是因为感应电动势是由电磁感应在回路中建立起来的，它比感应电流更本质。即使由于回路中的电阻无穷大，电流为零，感应电动势仍然存在。即使回路不闭合，也能在一段导体中产生感应电动势。2)回路中感应电动势产生的原因是通过回路所包围平面的磁通量的变化，而不是磁通量本身。即使通过回路平面的磁通量很大，只要不随时间变化，回路中也不会产生感应电动势。3)关于法拉第电磁感应定律中“-”号的物理意义，这里的负号表示感应电动势的方向始终是这样的:它引起的感应电流产生的磁场穿过回路的磁通量，阻碍了引起感应电流的磁通量的变化。电动势的方向:指定电源负极到正极的电动势方向是客观事实。但当电源接入电路时，电动势ε记录为“正”还是“负”，取决于所选电路的旁路方向。如果迂回方向与电动势ε方向一致，电动势记为“+ε”，如果迂回方向与电动势ε方向相反，电动势记为“-ε”。五、电动扬声器的工作原理电动扬声器也叫动圈式扬声器(如图1)；它是一种应用电动力学原理的电声换能器。是目前应用最广泛的音箱。主要原因有三:(1)电动音箱结构简单，易于生产，不需要大空间，导致其价格低廉，可以广泛推广。(2)这种扬声器在中频段可以达到优良的性能和均匀的频率响应。(3)这种扬声器在不断改进。扬声器几十年的发展史，就是扬声器设计、技术、材料不断进步的历史，就是性能与时俱进的历史。电动音箱的形状多为圆锥形、圆顶形；锥形扬声器的结构如图所示。锥形扬声器的结构可分为三部分:1 >；振动系统包括振膜、音圈、定心支架、防尘罩等。2 & gt磁路系统包括磁性上板、磁性柱、磁性下板、磁体等。3 & gt辅助系统包括盆架、压边圈、接线架和相位挡块。根据法拉第定律，载流导体通过磁场时，会受到电动势，电动势的方向符合弗莱明左手定则(如图2.3)。力与电流和磁场方向垂直，力与电流、导线长度和磁通密度成正比。当音圈输入交变音频电流时，音圈被交变驱动力驱动产生交变运动，带动纸盆振动，反复推动空气产生声音。导致电动扬声器振膜振动的力是载流导体上的磁场力。这种效应称为电换能器的力效应，其大小由以下公式指定:F=B L i其中:B是磁隙中的磁感应密度(强度)，其单位为n/(a.m)也称为特斯拉(T)L是音圈导线的长度，单位:米I是流过音圈的电流，单位:安培F是磁场对音圈的作用力，单位:牛顿。但音圈通电时会切割磁隙中的磁力线，在音圈中产生感应电动势。这种效应称为电换能器的电效应，感应电动势的大小为е = в i .六、其他扬声器的工作原理:< 1 >磁性扬声器:又称“簧片扬声器”，其结构如图4所示，在永磁体的两极之间有一个带有可动铁芯的电磁铁，当电磁铁的线圈中没有电流时， 可动铁芯被永磁体两极的吸引力吸引，在中心保持静止； 当电流在线圈中流动时，可动铁芯被磁化，成为条形磁铁。随着电流方向的改变，条形磁铁的极性也随之改变，使动铁芯绕支点转动，动铁芯的振动从悬臂传递到振膜(纸盆)推动空气热振动。〈 2 〉静电扬声器:是一种靠施加在电容极板上的静电力来工作的扬声器。就其结构而言，因为正负极相对，所以也叫电容扬声器。如图，有两块厚而硬的板作为固定板，其中一块板可以传递声音，中间那块板用轻薄的材料作为振膜(比如铝膜)。固定并拧紧振膜外围，使其与定极保持一定距离，即使在大振膜上，也不会与定极发生碰撞。如图5所示，在两个电极之间存在DC电压(称为偏置电压)。如果将放大器输出的音频电压加在两个电极之间，就会与原来的输出电压叠加，形成交变的脉动电压，这种电压是由两个电极之间吸引力的变化产生的，振膜振动产生声音。静电音箱的优点是整个振膜同相振动，振膜轻，失真小，声音可以回放得非常清脆，分辨率好，细节清晰，声音逼真。它的缺点是效率低，DC高压供电，容易吸尘，振膜变形增大，不适合听摇滚和重金属音乐，而且比较贵。(3)压电扬声器:利用压电材料的逆压电效应工作的扬声器称为压电扬声器(如图6)。电介质(如应时、酒石酸钾钠等。)在压力下极化，导致两端面产生电位差，称为“压电效应”。其逆效应，即置于电场中的电介质会发生弹性变形，称为“逆压电效应”或“电致伸缩”。与电动扬声器相比，压电扬声器不需要磁路，与静电扬声器相比，结构简单，价格低廉，但缺点是失真大，工作不稳定。〈 4 〉离子扬声器:一般来说，空气的分子量是中性的，不带电。但经过高压放电后，就变成了带电粒子，这叫电离。当电离空气被音频电压振动时，产生声波，这就是离子音箱的原理(如图7a)。为了电离，施加20MHz的高频电压，在上面叠加压电音频信号。从(图7d)可以看出，离子扬声器由高频振荡部分、音频信号调制部分、放电腔和喇叭组成。在放电室中，直径为8mm的应时棒在中心开口形成石英管，一个电极插入其中，另一个电极(如图7b所示)呈圆柱形套在石英管外。由于无声放电，只有中心的针状电极磨损，所以可以定期更换中心电极。离子音箱和其他音箱不同的是没有振膜，所以瞬态特性和高频特性都不错，但是结构太复杂。〈 5 〉火焰扬声器:如图8所示，当空气和燃气燃烧的火焰通过电极时，向电极施加DC电压和高频信号，火焰被音频信号调制产生声音。火焰几乎没有质量，声音非常动态。但是它有致命的缺点:不安全，不方便。〈气流调制扬声器:又称气流扬声器(如图9)。它是一种以压缩空气为能源，利用音频电流调制气流产生声音的扬声器。它由气室、调节阀、喇叭和磁路组成。压缩气流从气室经过阀门，被外部音频信号调制，使气流的波动根据外部音频信号变化，调制后的气流通过喇叭耦合，提高系统效率。主要用作高强度噪声环境测试或远距离广播的声源。↓7↓磁性扭曲的音箱。这是一种特殊的强磁铁，在磁场的作用下可以振动发声】