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音响师知识课堂---连载7

扬声器的工作原理与主要特性

   扬声器又称喇叭,它是把信号电流转换成为声音的一种器件。人们说话的声音和乐队演的声音经过传声器变成电能,再由放大器放大,我们所得到的是放大了的电能,而不是声音 ,必须将电能变成声能,而将电能变成声能的就是扬声器。扬声器中,使用最多的是永磁动式扬声器,它的构造与动圈传声器的构造相似。在永久磁铁的圆环形隙缝中,放置一个动圈,叫做音圈。音圈与纸盆相连接,并装有布质或纸质的定心支片,定心支片固定在盆架上。纸盆的四周边缘也固定在盆架上,这是为了音圈在磁隙缝中能够保持准确位置。让音圈和纸盆沿着轴心振动,振动时音圈与隙缝内外绝对不能相碰。
   当信号电流流过音圈时,根据电动机的原理,信号电流产生的磁通量与永久磁铁的磁通发生相互作用,使音圈带动纸盆振动而发出声音。
   永磁电动式扬声器又可分为两种:一种为直射式又称纸盆扬声器,它是把声音直接辐射出去;另一种为间接辐射式又称号筒式扬声器(高音喇叭),号筒扬声器的工作原理与永磁电动式扬声器一样,但辐射的方式不同,号筒扬声器的发音头(又称高音头)振膜振动后,声音经过号筒,然后再逐渐扩散出去,所以它是间接辐射扬声器。号筒扬声器也称高音喇叭,它是由一个发音头和号筒组成的,特点是效率高,缺点是不仅频带范围较窄,而且指向性也窄。
   扬声器的音圈是绕在一个圆形纸管上的,国内生产的扬声器大都采用圆漆包线作为音圈的导线,而先进的扬声器都采用了特制的方形截面铝合金导线。这种导线加上特别配方的绝缘漆皮,使音圈既轻又密,提高了功率容量,也提高了声音灵敏度。

 
图1所示为永磁电动式纸盆扬声器的构造图,
 
图2所示为号筒扬声器的构造图。

   要使用好各类扬声器,就必须了解有关扬声器的主要特性。
   1.额定功率
   扬声器是将电能转换成为声能的器件,也就是说它要消耗一些电能,去振动空气产生声音。在单位时间内(1s)加到扬声器上的总电能,就是扬声器的额定功率。额定功率是根据不使扬声器过分发热或者发生过度的机械振动来制定的,否则扬声器就要损坏。这个功率是加在扬声器音圈上的交流电平均功率,对不同的频率也有差异,并且还有瞬时峰值功率的出现,因此,在使用时也应考虑到峰值功率。
   2.效率
   从电能转换成声音的过程要消耗一定的能量,扬声器的效率是指电功率的消耗能够转变出来多少声音功率,即输出来的声音功率与输入扬声器的电功率的比值。这个比值越大,说明扬声器能量转变过程中损失越小,即说明扬声器的效率高。
   3.灵敏度
   扬声器的灵敏度是比较容易测量的,这种灵敏度是指在消声室对准扬声器中心轴的某一点所测得的声压和加在扬声器上的电压的比值。通常都在距离扬声器中心轴1m处测量,这样得到的灵敏度叫做“标准轴向灵敏度”。采用这种灵敏度来衡量扬声器是不够准确的。假如有两个不同阻抗的扬声器,测得相同的标准轴灵敏度,由于不同的扬声器会消耗不同的电功率,因此,它们虽有相同的灵敏度,但却不具有相同的效率。所以,这种灵敏度只有在阻抗相同的扬声器才能适用。为了便于比较阻抗不同的扬声器,必须将阻抗的因素也包括在内,即用声压对输入电功率平方根的比值来表示。这样得到的灵敏度称为“绝对灵敏度”。采用绝对灵敏度可以判别扬声器的效率。扬声器的效率和灵敏度是随着频率的变化而变化的,要全面评价扬声器的质量,还必须知道扬声器对它的工作频带内的各种频率的灵敏度。
   4.频率响应
   人耳通常听到的声频范围是20Hz~20kHz,而扬声器却只能重放出其中的一段频带,对于范围以外的其他频率不能很好的重放出来,这一段频带就是扬声器的频率响应范围。我们希望扬声器的频率特性越宽越好,曲线越平直越好。
   5.阻抗
   扬声器的阻抗是在扬声器的输入端所测得的阻抗,这个阻抗随着输入扬声器的声频电流的频率而改变,一般扬声器的阻抗是在400Hz时测得的。扬声器阻抗是扬声器的一个很重要的技术指标,为了使功率放大器的输出与扬声器正确地相连接,就必须知道扬声器的阻抗值。
   6.失真
   凡是扬声器不能原汁原味地将原来声音重放出来的现象都叫失真。失真度的大小对扬声器的质量有很大的影响。
   扬声器可能发生的一种失真现象是“频率失真”,就是扬声器对于某一些频率重放出的声音较强,对另一些频率重放出的声音较弱的不平均匀现象。这完全破坏了原来声音响度高低的比例,使人听起来不够真实,改变了原来的音色和气氛。
   扬声器的另一种失真现象是非线性失真,这是扬声器在放音中出现原来所没有的新频率成分,即声音中混杂有呼啸、震动、炸裂等不悦耳的声音的现象,特别是大音量时这种现象更为明显。
   7.指向性
   指向性(方向性)是指扬声器的声音在它四周的分布情况,也就是在发声的各个方向上扬声器的灵敏度如何。因为有这种方向性的存在,听众在偏离扬声器中心轴向不同角度上听到的声音响度是不相等的,声音的频率愈高,两旁的响度会愈减弱。各种不同形式的扬声器都有它不同的指向性,所以在室外广场布置扬声器时必须考虑它的指向性。

   【待续】