扬声器和传声器原理与应用

总序

前言

第一章 电声换能器基本理论

1.1 换能原理

1.2 换能器等产四端网络

1.3 换能器频率特性控制

第二章 直接辐射式扬声器

2.1 扬声器电声参数

2.2 锥形扬声器结构与工作原理

2.3 锥形扬声器等效类比电路

2.4 锥形扬声器性能分析

2.5 改善锥形扬声器性能的若干方法

2.6 扬声器振膜和音圈

2.7 球顶形扬声器

第三章 号筒式扬声器

3.1 号筒的传声特性和作用

3.2 号筒扬声器基本结构

3.3 号筒扬声器性能特点

3.4 号筒扬声器指向性控制

第四章 平面振膜扬声器

4.1 带式扬声器

4.2 等电动平膜扬声器

4.3 静电扬声器

4.4 平板扬声器

4.5 弯曲振动型薄板扬声器

第五章 其他各种扬声器

5.1 压电式扬声器

5.2 数字式扬声器

5.3 同轴复合扬声器

5.4 监听扬声器

5.5 耳机

第六章 箱式扬声器系统

……

第七章 线阵列扬声器系统

第八章 传声器声接收原理和性能参考

第九章 动卷传声器和电容传声器

第十章 其他各种传声器

第十一章 立体声和环绕声传声器

第十二章 传声器使用与维护

参考文献

后记

电动式扬声器又称为动圈式扬声器;它是应用电动原理的电声换能器件;它是目前运用最多、最广泛的扬声器，究其原因主要有三条:

1.电动式扬声器结构简单、生产容易，而且本身不需要大的空间，导致价格便宜，可以大量普及。

2.这类扬声器可以做到性能优良，在中频段可以获得均匀的频率响应。

3.这类扬声器在不断改进中，几十年扬声器发展史，就是扬声器设计、工艺、材料不断改进的历史，也是性能与时俱进的历史。

电动式扬声器其形状大多是锥形、球顶形;锥形扬声器(cone speaker)的结构。

锥形扬声器的结构可以分为三个部分:

1>振动系统包括振膜、音圈、定心支片、防尘罩等

2>磁路系统包括导磁上板、导磁柱、导磁下板、磁体等

3>辅助系统包括盆架、压边、接线架、相位塞条。

根据法拉第定律，当载流导体通过磁场时，会受到一个电动力，其方向符合弗来明左手定则，力与电流、磁场方向互相垂直，受力大小与电流、导线长度、磁通密度成正比。当音圈输入交变音频电流时，音圈受到一个交变推动力产生交变运动，带动纸盆振动，反复推动空气而发声。

使电动式扬声器的振膜发生振动的力，即为磁场对载流导体的作用力，这个效应我们称它为电动式换能器的力效应，其大小由下式规定:

F=B L i

式中:B为磁隙中的磁感应密度(强度)，其单位为N/(A.m)<牛顿/(安培。米)>又称为特斯拉(T)

L为音圈导线的长度，单位:米

i为流经音圈的电流，单位:安培

F为磁场对音圈的作用力，单位:牛顿

但是，在通电音圈受力运动的同时，由于会切割磁隙中的磁力线从而在音圈内产生感应电动势，这个效应我们称它为电动式换能器的电效应，其感应电动势的大小为:

е=Вiν

式中:v为音圈的振动速度，其单位为:米/秒

е为音圈中感应电动势，单位为:伏特

电动式扬声器力效应与电效应是同时存在、相伴而行的。

其它扬声器工作原理:

〈一〉磁式扬声器:亦称"舌簧扬声器"，其结构如图4所示，在永磁体两极之间有一可动铁心的电磁铁，当电磁铁的线圈中没有电流时，可动铁心受永磁体两磁极相等级吸引力的吸引，在中央保持静止;当线圈中有电流流过时，可动铁心被磁化，而成为一条形磁体。随着电流方向的变化，条形磁体的极性也相应变化，使可动铁心绕支点作旋转运动，可动铁心的振动由悬臂传到振膜(纸盆)推动空气热振动。

〈二〉静电扬声器:它是利用加到电容器极板上的静电力而工作的扬声器，就其结构看，因正负极相向而成电容器状，所以又称为电容扬声器。如图所示，有两块厚而硬的材料作为固定极板，极板上有此可以透过声音，中间一片极板则用薄而轻的材料作振膜(如铝膜)。将振膜周围固定、拉紧而与固定极保持相当距离，即使在大振膜上，亦不致与固定极相碰。

在两电极间原有一直流电压(称之为偏压)。若在两电极间加由放大器输出的音频电压，与原来的输出电压相重叠，形成交变的脉动电压，这个脉动电压产生于两极间隙吸引力的强弱变化，而振膜因此振动而发声。

静电扬声器的优点是整个振膜同相振动，振膜轻，失真小，可以重放极为清脆的声音，有很好的解析力、细节清楚、声音逼真。它的缺点是效率低，需要高压直流电源，容易吸尘，振膜加大失真亦会加大，不适合听摇滚、重金属音乐，价格相对贵一些。

〈三〉压电扬声器:利用压电材料的逆压电效应而工作的扬声器称为压电扬声器。电介质(如石英、酒石酸钾钠等晶体)在压力作用下发生极化使两端表面间出现电势差的现象，称之为"压电效应"。它的逆效应，即置于电场中的电介质会发生弹性形变，称为"逆压电效应"或"电致伸缩"。

压电扬声器同电动式扬声器相比不需要磁路，和静电扬声器相比不需要偏压，结构简单、价格便宜，缺点是失真大而且工作不稳定。

〈四〉离子扬声器:在一般的状态下，空气的分子量中性的、不带电。但经过高压放电后就成为带电的粒子，这种现象称游离化。把游离化的空气利用音频电压振动，则产生声波，这就是离子扬声器的原理。

为了离子化，就要加20MHz的高频电压，而在其上重叠音频信号压电。可见，离子扬声器由高频振荡部分，音频信号调制部分，放电腔及号筒组成。

放电腔采用将直径8mm的石英棒在中心开孔，开成石英管，将一个电极插入其中，另一个电极所示，呈圆筒形套在石英管外面，由于采用无声放电形式，只有中心的针头电极有损耗，可以定期更换中心电极。离子扬声器与其他扬声器不同之处在于没有振膜，所以瞬态特性和高频特性都很好，但结构太复杂。

〈五〉火焰扬声器:当空气和煤气燃烧的火焰通过电极，电极加有直流电压和高频信号，火焰受音频信号调制而发声。火焰几乎无质量，声音动态极好。但它有致命的缺点:不安全，不方便。

〈六〉气流调制扬声器:又称气流扬声器。它是利用压缩空气作能源，利用音频电流调制气流发声的扬声器。它由气室、调制阀门、号筒和磁路组成。压缩空气气流由气室经过阀门里，受外加音频信号调制，使气流的波动按照外加音频信号而变化，同时被调制的气流经号筒耦合，以提高系统的效率。它主要用做高强度噪声环境试验的声源或远距离广播等。

〈七〉磁致失真扬声器。这是一种特殊的强磁体，它能在磁场作用下振动发声。