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喇叭原理及培训资料
关于扬声器原理
首先,我们来谈谈如何认识一个扬声器,随着电子技术的发展,扬声器在不断地改进,扬声器品种繁多,若按扬声器换能原理来分类,则可为电磁式扬声器、励磁式扬声器、静电式扬声器，压电陶瓷式扬声器、电动式扬声器、挂画式平面扬声器。
本书主要介绍电动式喇叭（耳机喇叭）。
第一章扬声器的类型
扬声器（喇叭）器件是一种电能与声转换器件，扬声器品种繁多,若按扬声器换能原理来分类,则可为电磁式扬声器、励磁式扬声器、静电式扬声器，压电陶瓷式扬声器、电动式扬声器、挂画式平面扬声器。
一、电磁式扬声器
电磁式扬声器（舌簧式）主要由永久磁铁（马早蹄形）、衔铁（舌簧）、线圈、纸盘和盆架等组成。
电磁式扬声器的特点：
灵敏度高，结构简单，成本低。
但其阻抗高，频率特性差，较高和较低的音频都有发不出来，失真大，振幅小，声压低，承受功率在1/4-1/2W之间。
这是一种老式扬声器，20世纪50年代农村广播网曾大量使用，现今已逐渐被电动式纸盘扬声器所取用。
二、励磁式扬声器
励磁式扬声器与永磁电动式扬声器相似，主要区别在于磁体部分。
励磁式扬声器的大形线圈是
整流系统中的扼流圈，它通过高电压大电流产生磁力，并与音频信号电流互相作用，推动音圈作活塞式振动，带动纸盘发出声音。
这种扬声器主要用于老式交流电子管式收音机上。
收音机不工作时，扬声器没有磁力存在；只当收音机工作，电流通过励磁线圈产生磁力时，扬声器才能正常工作。
可见，这种扬声器的使用有着极大的局限性，现今逐渐被沟汰。
三、静电式扬声器
静电式中高频扬声器的工作原理极简单，它是以电容器原理制作而成，可以看做是一个能振动发声的电容器。
按结构类型，静电扬声器可分单极式、推挽式和驻极式。
1、单极式
它用一块属板作固定极板，用导电材料制成轻且的动膜片作另一块电极（辐射极），两极板小，振动膜片采用金属箔或金属化涤纶薄制成。
2、推挽式
推挽式静扬声器是在单极式静电扬声器中增加地一电极而成。
它用两块固定的电极板，振动电极片置于固定电极板之间。
3、驻极体式
驻极体式扬声器是将电容器的极板改用驻极体材料（如四氟乙烯、聚全氟乙烯等）制成的。
其结构则与上述的静电扬声器相同。
驻极体式静电扬声器最大的特点是不需要极化电压。
静电式扬声器频响特性平坦，放音清晰，层次感极好，音质优美。
但由于需要极化电压，目前低电压的晶体管扩大器中要增设这一极化电压设备，可以说，得不偿失。
因此，普及和发展静电式扬声器有一定难度。
四、压电陶瓷式扬声器
压电陶瓷扬声器又称晶体式扬声器。
它利用某些晶体式陶瓷材料的压电效应而制成。
当在陶瓷体加上音频电压时，陶瓷片即向上或向下弯曲，产生与音频信号电压相对立的振动，利用振动，便可推动扬声器的纸盒作相应的振动，从而激励空气发出声音。
陶瓷扬声器结构简单，没有线圈及磁铁，消耗功率小，灵敏度高，高频特性好，重量轻，体积小，制造容易，成本低，价格便宜。
但工作不够稳定，性能脆弱易损坏，音质较差。
由于振幅小频率高，声量不如电动式纸盒扬声器大，所以通常只作高音单元使用。
如果与大纸盒粘合，则适用于农村有线广播网；若造得轻巧小型，则适合双声道四喇叭收录机作高频单元。
在警示器中也经常用这种小高音扬声器，在家用音箱中有时也会有用到这种高音单元。
五、电动式扬声器
电动式（动圈式）扬声器广泛应用于音响系统中，是人们最熟悉的扬声器。
按频率特性及其结构，可分为纸盆式、号筒式和球顶式三种。
纸盆式又分为圆形、椭圆形及密封；高音号筒式有圆形、长方形等多种；球顶式分硬球顶及软球顶，其形状有凹形和凸形之分。
（一）、电动式纸盆扬声器
1、电动式纸盆低音扬声器
当音频信号电流通过扬声器音圈时，音圈在磁隙中产生交变磁场。
这种交变磁场与永久磁铁的磁场的相互作用，迫使音圈振动，驱动与音圈粘贴在一起的纸盆在空气媒质中振动而发出声音，实现电信号还原的功能。
纸盆的机械振动其幅度跟输入音频电流大小成正比，且与输入的音频频率有关。
2、双纸盆扬声器
双纸盆扬声器的结构及为简单，只要将一个特殊的高音杯（喇叭口）型的小纸盆粘贴在大纸盆锥体中央即可。
工作时，大纸盆产生振动，带动小纸盆发出良好的高音。
3、同轴扬声器
同轴扬声器单元的输出声压较接近，能在很宽的频带范围内保持平直的频响特性。
因为两只扬声器分别工作城较窄频带上，所以较容易在频率响的不均匀度。
利用这一特性，人们可以很容易在频率范围内获得高、低频域较宽的指向性，扩展立体声听音区域，放音频率达到听众耳朵相位失真很小，放音真实自然。
概括地说，同轴扬声器单元重播音的特性接近原始声音特性。
4、平板式扬声器
除磁路结构外，平板式扬声器主要将传统式锥形振动盆改为平板形振动板，周边仍用折环，可造成圆形或方形。
5、汽车扬声器
汽车音响系统中的扬声器或扬声器系统与固定环境下使用的扬声器的要求有所不同。
汽车内空间有限，运行中难免震动，且日晒雨淋，鉴于这种情况，实际当中要求汽车扬声器的功率要大，失真要小，且要有较宽的频响。
6、椭圆形与鸭舌形扬声器
椭圆形、鸭舌形纸盆所用的材料与圆锥形纸盆相同，其制造工艺相似。
从电声性能上说，在狭长机体上可安装较大尺寸的椭圆形扬声器。
（二）、电动式纸盆高音扬声器
1、纸盆式高音扬声器
纸盆式高音单元主要与中小型音箱配套组成全频带放音系统，一般不单独使用，纸盆高音单元一般与低音单元合装于同一箱体催，当工作时，低音单元背面有强劲声波会对高音单元产生干涉，所以高音单元的背面采用全封闭形式，以有效地消除这一不良影响。
2、纸盆式中音扬声器
要由一个扬声器有效地重放20Hz-20kHz如此宽的频带不可能的。
为此，将全频带分成独立的3段，再用音箱将3个不同的输出频段的单元合成全频域系统，以获得各自的重放效果。
适用于收音机、电视机及广播系统中。
（三）电动式球顶形高音扬声器
1、半球顶式高音扬声器
球顶形振膜与锥体形振膜扬声器的区别，在于其振膜形状不是锥体形，而是近是似半球顶，因此又称球顶（半球顶）振膜高音扬声器。
这种扬声器可分为硬球顶和软球顶2种，可做成中高音扬声器，其高音频率为2500Hz-20kHz，中音频率为500-5000Hz。
2、蘑菇形铝带超高音扬声器
（四）、电动式号筒形高音扬声器
第二章扬声器结构
扬声器（喇叭）品种非常多，其结构也不尽相同，这里我们主要介绍耳机喇叭的结构和工作原理，要获得高质量，主要取决于元件的质量以及结构上合理的配套和装配工艺。
耳机常用的规格有Ф10；Ф13；Ф15;Ф16;Ф30,下按磁路结构、振动结构分述。
下面介绍一种常用Ф16带盖立体声喇叭。
喇叭结构（如右图）
1、塑胶盖子
2、振动膜（振动板）
3、线圈
4、空心钉（铆钉）
5、华司
6、钕铁硼磁体
7、约克（喇叭五金体）
8、PCB
一、磁路系统结构
磁路的种类
磁铁是喇叭（扬声器）的主要元件，其质量的优劣对喇叭的特性影响很大，目前广泛采用的磁体有以下几种。
1、铁氧体磁
铁氧体磁又称铁淦氧。
它以铁粉为主，与其他一种或多种金属氧化物，经研磨成粉末，混合压模、
烧结成钡铁氧体、锶铁氧体、锶钙铁氧体等，最后充磁而成。
2、合金磁
有镍钴磁、铝镍钴磁等多种。
镍磁是传统的磁种，这种合金磁的磁性强，剩磁磁性好，可重复充磁。
合金磁的造价高，但其磁性能较铁氧体强，可制成小体积，一般安装在小口径扬声器导磁夹板内部，通常称为内磁式扬声器。
3、钕铁硼磁体
这是美国西岸航空航天技术公司用于AURA系统的一种磁能特强的新磁种。
它的磁性强铁氧体10倍以上，用这种磁体做成的喇叭，可以大大提高喇叭承受功率及振幅度，其重量及体积也可相对地减小。
然而，钕铁硼材料的价格为常规磁体的7-8倍。
此外，其抗腐蚀性差，容易氧化，且热稳定性差；矫顽力特强，精通充磁机难以将其磁分子排列充磁。
二、振动系统结构
（一）振动膜（振动板）
振动膜是喇叭电—力—声系统的终端。
音频信号输入扬声器后，在磁场的作用下，音圈沿轴上下运动，推动振动膜在空气中振动并发出声音向空间传播。
耳机常用振动膜结构如下图示：
1、振动膜的形状
1-1、目前耳机喇叭行业振动膜的尺寸常见的有Ф12.6,Ф14.15、Ф15.4等；相对来讲直径越大，低音越丰富。
1-2、振动膜的厚度常见的有，6μm（微米）、9μm（微米）、12μm（微米），15μm（微米）；在耳机喇叭中振动膜的厚度越簿低音就越丰富，比如相等直径的振动膜6μ与比9μ相比，6μ振动膜低音比9μ的丰富。
★不带铜环型★带铜环型
（二）线圈
音圈在振动系统起着极其重要的作用。
音圈处于磁隙中，当音频信号电流通过音圈时，与磁场产生作用，音圈振动推动振动膜辐射声音，向空间传播。
由于音圈长期处于狭窄的磁隙中，需承受大电流，像活塞似地长时间运动，故会产生大量的热量。
同时若音圈稍偏离中心，，则极易碰擦丙侧，甚至损坏音圈。
线圈的形状如下图。
1、常见的耳机喇叭线圈直径有Ф6.0mm,Ф7.0mm,Ф7.3mm等,一般由设计工程计算而得。
2、线圈常见的阻抗有16Ω，32Ω，150Ω等。
3、线圈的漆包线的直径常见有Ф0.025mm;Ф0.035mm;Ф0.045mm;Ф0.05mm等。
4、线圈的材质有铜漆包线和铝线，在耳机喇叭常用的为漆包铜线。
5、线圈的大小。
线圈直径越大，用的铜线越粗，承受功率越大，散热越好。
线圈直径越小，则反之。
6、耳机喇叭承受功率一般在4-10mw,如果大于10mw（大电流）上下振动，振动膜会损坏。
第三章电子学基础
电子学基本知识在任何扩音系统的实践与应用中都是必不可少的。
这个题目很大，但在扩声系统的主题范围内是有限的，即只涉及电子系统和负载之间的相互作用。
一、电力率和欧姆定律
在直流电路中，会常遇到下列电量参数和符号。
电量名称单位符号
功率瓦特（W）P
电流安培（A）I
电压伏特（V）U
电阻欧姆（Ω）R
电功率公式：
P=U*I
欧姆定律：
U=I*R
由这两个表达方式可有多种表达方式：
P=UI=I2R=U2/R
二、分贝
在电子技术和声学中，经常用到分贝的概念，从信号电平到放大器的增益，从声压级到声强级，从电流、电压到电功率的计算。
在电声领域中使用更是广泛，其原因是分贝值能直接反映听觉对声音强弱的感受，此外它还能使系统的计算更为简便。
分贝的其本表达方式是把两个具有功率含义量的比取对数，即lgA/B，得出的这个物理量称为“贝尔”（Bel），在使用中，贝尔这个单位太大，运用不方便，因此起用了它的1/10作其本单位，这就是“分贝”（dB）,dB=10lgA/B。
第四章声学基础
声音是一种波，所以又叫声波，人耳能感受到的声波频率范围经过大量试验，普遍认为是20Hz-20kHz，频率超过20kHz的波称超声波，人耳不会感觉到。
频率低于20Hz的波人耳也感觉不到，称其为次声波。
一、声音信号的特性
语言和音乐信号都是不规则的随机信号，由基频信号和各种诣波（泛音）成分组成。
要“原质原味”地重放这些随机音频信号，扩声音响系统必须具有符合语言和音乐的平均特性，其中最重要的三个特性是平均频谱特性（频率响应特性）、平均声压级和声音的动态范围。
1、人声信号
人声是一种典型的随机信号，它与人的生理特点、情绪和语言内容等因素有关。
1-1语言基音的频率范围为130-350Hz，包括
全部泛音（诣波）的频率范围为130-4000Hz，
如图所示。
1-2演唱歌声的频率范围比较宽，可分为男低
音、男中音、男高音、女高音和女中高等5个声
部。
他们的的基音频率范围从80-1100Hz，包括
全部泛音（诣波）的频率范围可达80-8000Hz。
5个声部的基音频率范围分别为：
82-294Hz；
110-392Hz；147-523Hz；196-698Hz和
262-1047Hz。
1-3声压级正常谈话时语言的声功率为1μW，
大声讲话时可增加到1mW。
正常讲话时与讲话人相距1m时的平均声压为65-69dB。
1-4动态范围语言的动态范围（最大声压级与最小声压级之差值）为30-40Db。
2、音乐信号
音乐信号的频率范围很宽。
它与乐器的类型有关。
在乐器中管风琴具有最宽的基音范围，从16-9000Hz。
其次是钢琴，它的基音频率范围为27.5-4136Hz。
民族乐器的基音范围为100-2000Hz。
打击乐器能产生更高频率的声音。
所有的乐器都包含有丰富的高次诣波（泛音）。
因此音乐的频率范围可扩展到15000-20000Hz。
单个乐器的声功率在0.01-100mW的范围内。
大型交响乐队的声功率可达10W以上。
15-18件
乐器的乐队演出时，离声源10m处的平均声压级
为95dB。
75件乐器的乐队演出时其平均声压级
为105dB。
乐器的信号动态范围与乐器的种类有关，木
管乐器约为50dB。
一般的乐队的动态范围为
40-60dB。
大型交响乐队的动态可达到100Db。
高
质量的音响系统（音乐重放）的频率响应（频率
特性）范围应不小于40-1600Hz。
信号动态范围
应不小50-55dB。
第五章听觉心理学和心理声学
扩声系统的音质效果最终还得由耳朵鉴别。
听觉感受与生理声学和心理声学直接相关。
因此必须对它们有所了解，并根据人耳的听觉特征，采取相应技术措施，才能获得最佳的系统效果。
听觉生理学主要是研究声音响度与声压级关系的科学。
心理声学是研究耳朵和人脑结合对听觉激励的反应。
心理声学在了解音乐家对环绕他们的声音世界的反应是重要的。
1、听觉心理学
人耳刚好能听见声音时的声压级叫听感闻
阈，或简称闻阈。
闻阈与声音频率有关，
在500Hz-1kHz之间。
2kHz附近的声压级
接近0Db，频率到达5kHz以上时闻阈急剧
上升，频率在20kHz附近时陡峭上升，如
图所示。
人耳听声音时所能承受的最大声
压级叫痛阈，超过此阈，人耳会疼痛难忍，
再大则会引起耳膜破裂，造成永久性耳聋。
从图中可见，痛阈区在2-8kHz范围内有所
下降，声压级为115dB时人耳已经产生疼痛
感，500Hz以下痛阈提高到125dB。
第六章音质评价
扩声音响系统的产品是声音，因此鉴别音响系统效果优劣的最主要的标准是声音的质量（简称音质）。
音质的好与差通常可用音频测试仪器（如声级计、频谱仪和音频综合测试仪等）的定量测定来表达。
测量的技术参数有：
频率响应特性、最大声压级和声场不均匀度、传声增益、失真度和混响时间等等。
这些技术参数的测量称为客观测量，它的特点是精确、客观，能用数据来表示系统的特性。
但是，客观测试的结果还不能完全表达主观听觉的结果，如声音的丰满度、柔和度、层次感、明亮度、圆润度、平衡度等等，这些听觉结果至今还无法用仪器来测定。
音质效果最终还得由人耳的听觉来确认。
人们希望能听到有“音乐味”的“原汁原味”纯真自然的声音，能表达出歌唱家和演奏家的艺术感染力，而不是在背台词或变调的声音。
因此音质主观评价是比客观测量更为重要的一种评价方法。
两者的关系可以这样来理解：
客观测量是音响效果评价的基础，主观评价是听觉感的最后结果，两者之间既有内在联系，又不能相互替代一一对应，是一种互为补充的结果，缺一不可。
一、频率响应特性对音质的影响----—声波的音感分析
音响系统中的低音、中音和高音各频率特性必须保持平（均衡），才能达到良好的自然还音效果。
下我们来了解什么叫做低音，中低音、中高音、高音。
1、低音——150Hz以下的频率范围叫低音。
2、中低音——150-500Hz的频率范围叫中低音。
3、中高音——500-4000Hz的频率范围叫中高音。
4、高音——4000-12000Hz的频率范围叫高音。
kHz
各种频段的音感特征
频率范围/Hz
音感特征
频率范围/Hz
音感特征
30-60
沉闷
1000-2000
透亮
60-100
沉重
2000-4000
尖锐
100-200
丰满
4000-8000
清脆
200-500
力度
8000-16000
纤细
500-1000
明朗
二、音质主观评价术语及其含义
1、声音丰满
频带宽、失真小、动态范围大，中、低频能量较大，混响声比例合适，听起来音域宽广、丰满舒适。
2、声音柔和
低频及中低频能量充足，声音厚实、松弛，混响声合适或稍大，失真小，瞬态响应好。
中频和高频频响特性均匀，有一定的亮度，听起来音色丰满、柔和不费力。
3、声音圆润
频带较宽，音质纯真，失真极小，声级合适，有一定的力度和亮度，低音不浑，中音不硬，高音不毛，瞬态响应好，混响声比例适中，听觉感受丰满、明亮、清晰、逼真自然
4、声音尖
是柔和的反义词。
频率特性不均匀，缺少低音。
中频和高频分量过多，尤其是在3400Hz和6800Hz两个频段成分过高，听觉上感到刺耳。
5、声音硬
低音缺少，中高频偏多，高频诣波频率衰减过快，低频混响过短，有明显互调失真，瞬态响应差，阻尼小。
6、声音浑浊
声音含糊不清，低频及中频混响太大及能量过大，直达声比例小，主旋律不够突出，有互调失真，明亮度和清晰度都差，层次不清。
7、声音发毛
高频及中频过多，失真过大，有瞬时过载现象，阻尼差，声音毛粗不干净。
8、声音发沙
频率特性高低不平，峰谷多，有附加的高次诣波并伴有瞬态失真，系统设备有过载或扬声器音圈碰圈就会出现这种声音。
9、声音发嗡
鼻音重，在100-250Hz频段内有振荡，150Hz提升过多时鼻音就会明显上升，声音发嗡严重影响清晰度。
10、声音亮
又称明亮度。
整个音域范围内低音和中音适度，中高音能量充足，并有丰富的诣波，诣波的衰减过程较慢，失真小，混响比例适中，瞬态响应好。
亮度是提高清晰度和可懂度的先决条件，给人一种亲切、活跃感，听起来不费力，音色明亮突出。
11、声音清晰
频响宽而均匀，中高频能量充足，音色明亮，混响合适，失真小，瞬态响应好。
三、声音的客观测试
扩声系统（包括建筑声特性在内）可用声学仪器测量的技术指标有最大声压级、声场不匀度、频响特性、传声增益、失真、噪声、和声音清晰度等，在耳机行业中常用频响特性来客观测试，下面介绍Ф16喇叭的频响特性曲线图。
1、从上图看此频响特性曲线扫描范围是10Hz-40kHz，一般人耳能感受到频响范围为20Hz-20kHz。
也就是说一般测试以20Hz-20kHz为标准。
2、从图中看到在1kHz（正弦波）频率为119dB。
3、从上图看到低音部份，中低音部份、中高音部份、高音部份。
一个喇叭好坏的客观测试主要从四部份看出，当然曲线越平坦越好，理想直为直线，因为曲线是非线性的所以不可能是直线的。
四、音质主观评价
正确、全面地评价声系统的声音质量只用客观测量一种手段是不够的，还需用耳朵听的方法来最终评价。
或者说需用两把尺子进行音质评价，其结果才是正确的、全面的。
客观测量是一把“硬尺子”，反映声系统中声学的各种物理量；音质主观评价是一把“软尺子”，反映声音的音色、音调和音量的综合听觉效果。
客观测量和主观评价之间既有一定的内在联系，但又不能互相替代，是相辅相成互为补充的结果，缺一不可。
音质主观评价是一项相当复杂的过程，涉及听觉生理学和评价人员的专业素养、播放节目源的选择以及收听场地的声学传输条件等等。
为能正确地做好音质主观评价工作，评价人员必须掌握以下有关知识：
1、各种声音的物理特性
2、心理学知识
3、声音信号的动态范围
4、频响特性对音质的影响
5、声压级大小对音质的影响
6、信号畸变对音质的影响
7、信号延迟、混响对音质的影响
8、音调、音色和音量对音质的影响
9、噪音对音质评价的影响
10、音质评价术语
11、综合评价
五、音量与音质关系
音量与音质的关系也很密切。
音量小，声音无力、单薄。
动态范围显不出来。
音量合适时，声音自然、清晰、圆润、柔和、丰满。
音量过大，声音丰满而不柔和，有力而生硬。
因此通常音质主观评价时采用的声压通常为80-85dB（A）。
六、音质主观评价专用节目源（音源）
电声产品声音音质主观评价用节目源，本公司专用高品质的CD碟测试音源，该音源是针对喇叭的音质主观评价。
七、音质主观评价方法
音质主观评价分为对音响主品和对固定安装系统两类进行评价。
对主品（如喇叭、专用音源/CD、MP3等）的评价应把被评定的产品放置在具有一定条件的听音室内进行。
1、评价小组成员应具有一定音乐素养和高保真听音经验的录音师、音乐家、电声工程师和演员等人组成。
评定人员人数一般4-10人，年龄档次从18岁-60岁适当拉开，男、女例适中。
2、评价项目
（1）、音乐节目：
评定选项为，清晰度、平衡度、丰满度、圆润度、明亮度、真实度、柔和度、立体声效果和总体音质。
（2）、语言节目：
清晰度、丰满度、圆润度、明亮度，平衡度。
3、评分方法
通常采用方法有对比法和等级评分法。
（1）、对比法是把被测对象与一套标准产品用快速瞬时切换，进行对比判断。
这种方法的优点是判断结果是比较一致。
（2）、等级评分方法是评价人员通过自己的听觉和经验对音质效果进行等级评定。
这种方法的优点是不受标准产品性能的限制，但要评价人员具有相当高的素质水平，否则评定结果的主观性太多而难以统一。
对于固定安装的系统只能采用此法。
等级评分法一般采用五个等级，如表1所示。
表2是音质评价表。
表1声音质量的等级
5分（优）：
质量极好
十分满意
2分（差）：
质量差
勉强能听
4分（良）：
质量良好
比较满意
1分（劣）：
质量低劣
无法忍受
3分（中）：
质量一般
尚可满意
表2音质评价表
优（5分）
良（4分）
中（3分）
差（2分）
劣（1分）
1
明亮度
明亮、悦耳
较亮
一般
较暗、过亮
灰暗、尖锐刺耳
2
丰满度
丰满、有弹性
较丰满、弹性尚好
一般
较干瘪、较单薄
较干瘪、较单薄
3
柔和度
柔和、松弛
柔和
一般
较硬、较干
硬干紧、疲软
4
圆润度
圆润、舒适
较圆润
一般
不够圆润
毛糙、尖嗓
5
清晰度
清晰、层次感好
较清晰、有层次感
一般
较模糊、较浑浊
很模糊、很浑浊
6
融合度
融合一体、整体感好
较融合
一般
不够融合
发散
7
平衡度
平衡、一致协调
较平衡
一般
不够平衡
不平衡、不协调
8
立体声效果
立体感强
较好
一般
不够
窄、缩、飘、场所印象差
9
总体音质
音质纯真自然
音质良好
尚可接受
勉强能听
无法忍受
升级会员 