声学与扬声器基础知识

扬声器分类总述到今天扬声器已繁衍成一个大家庭，或自立门户、嫡脉相传；或另树一帜、烟火相继。为了方便叙述、研究明确，可将扬声器按不同方法分类。物以类聚，通过分类能够有条不紊、分门别类、举一反三地了解扬声器的性能。分类也是对扬声器的横向叙述，可以根据分类来定位扬声器的名称。在叙述扬声器分类以前，有必要说明扬声器与音箱（扬声器箱、扬声器系统）是两个不同的概念，有的人常常将它们混为一谈。音箱是由一个或者几个扬声器和相应的附件如箱体、号角、分频网络等组成。扬声器是电声换能器之一。电声换能是将电能转换成为声能或将声能转换为电能的、进行同频率转换的器件。这种转换不是电能和声能的直接转换，而是要借助一个机械系统。由于出发点不同，切入角不同，可以用不同方法对扬声器分类。目前常用的分类方式有按换能方式分类；按工作原理分类；按辐射方式分类；按用途分类；按振膜形状分类；按组合方式分类等。1.按工作原理分类:扬声器工作原理可以分为电动式、电磁式、静电式、压电式、离子式、气动式等。(1)电动式扬声器。在各种类型的扬声器中，运用最多、最广泛的是电动式扬声器，又称为圈动式扬声器。它是应用电动原理的电声换能器件，结构如图1-10所示，外形如图1-11所示。根据法拉利定律，当截流导体通过电磁场时，会受到一个点动力，其方向符合弗莱明左右手定则，力与电流、磁场方向垂直，受到大小与电流、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，带动纸盆震动，反复推动空气发声。目前使用最广泛的纸盆扬声器、号简扬声器都属于电动式扬声器。我们重点描述的将是这种扬声器，深入讨论它的原理、性能、结构、特点、部件性能等。（2）电磁式扬声器。亦称“舌簧”扬声器其结构如图1-12所示。在永磁体之间有一可动铁心的电磁体，当电磁铁在线圈中没有电流时，可动铁心受永磁体两磁极相等吸引力的吸引，在中央保持静止；当线圈中有电流通过实，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，使可动铁心绕支点做旋转运动。可动铁心的震动由悬臂传到振膜（纸盆）推动空气振动。上述结构称平衡可动铁心型。可动铁心的材料通常是高磁导率的硅钢片，除此之外尚有其他多种结构。这种电磁式扬声器频率窄，失真大，音质欠佳，除了一些特殊场合，目前很少使用。（4）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”。压电扬声器根据介质不同，分压电高聚物扬声器、压电晶体扬声器和压电陶瓷扬声器，图1-15是一种压电晶体扬声器。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，但缺点也不小，失真大而且工作不稳定。（5）离子扬声器。常常听到有人抱怨，电动式扬声器几十年一贯制，怎么没有重大突破？不像电子学的其他领域，日新月异、突飞猛进。其实变化快慢与否，并非衡量事物好坏的唯一标准。中国人用筷子上千年了，感觉既方便而且实用。但是确有人在不断实践、不断动脑筋，要搞出一个全新扬声器，离子扬声器就是一个有益的尝试。在一般的状态下，空气的分子是中性的、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，如图1-16（a）所示。为了要离子化，就要加20MHz的高频电压，而在其上重叠音频信号电压。由图1-16(a)可见，离子扬声器由高频振荡部分和音频信号调制部分放电腔及号筒组成。实际上只要使用一只电视机的行输出管就可以完成振荡和调制的作用。但是由于采用帘棚极调制，就不可避免地在大输出时会使失真增加。放电腔采用将直径八毫米的石英棒在中心开孔，形成石英管，将一个电极插入其中，另一个电极如图1-16（b）所以，呈圆筒形套在石英管外面，由于采用无声放电形式，只有中心的针状电极有损耗，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，但是结构复杂限制了它的广泛应用。(6)火焰扬声器。火在人类文明发展中起着不可替代的作用。有人突发奇想，是否可调制火焰来发声，果然获得成功，制成火焰扬声器，如图1-17所示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，不安全也不方便，所以实际应用很少。(3)静电式扬声器。静电式扬声器出现很早，1929年即由凯尔推出。图1-13是1953年发表的静电扬声器原理图，目前只有为数不多的公司生产静电扬声器，例如英国的Quad、美国的Martin-Logan等。