扬声器基础知识学习

1.扬声器种类

        按用途分：低频、中频、高频、全频带

        按照能量转换形式分：电动式、静电式、压电式、电磁式

        超线性扬声器：两组音圈受力均匀减少谐波失真，线性范围大

---

2.动圈扬声器基本结构

        振动系统包括振膜、音圈、定心支片、防尘罩等

        磁路系统包括导磁上板、导磁柱、导磁下板、磁体等

        辅助系统包括盆架、压边、接线架、相位塞条

---

3.扬声器电路等效

         扬声器的阻抗可简单等效为电阻和电感串联；更为精确的等效如上图；

        对于这个问题的解释：扬声器本身存在一个中心频率较低的低通滤波特性，所以D类功放后面直接接喇叭也是可以，但是一般都会先加滤波再接SPK；

---

4.基本参数

        频响、失真、灵敏度、阻抗、功率、f0；

        4.1频率响应

        特点：有两个显著峰值，f0和fh；f0是扬声器固有特性，而fh是由于引入了扬声器前腔而产生；f0-fh为扬声器有效带宽（也有用-10dB作为划分标准的）。频响曲线先从低到高逐渐上升到f0（弹性分布区），产生第一个峰值，然后略有下降并趋于平稳（质量分布区），到达fh产生第二个峰值，随后较快下降（阻尼分布区）。

        4.2总谐波失真THD

        失真类型：谐波失真（振幅非线性导致，包含2-5阶等谐波）、互调失真、相位失真、削波失真、瞬态失真（声音产生和消失的过程有一个时间，不能逼真重放急促变化的声音）

        定义：全部谐波能量和基波能量比的平方根

        失真测量方式：一般是在500Hz的正弦波输入、功率在额定功率的1/2的总谐波失真。

        特点：在功率较低时，失真普遍比较小、但是当功率达到或接近额定功率时会急剧增加，因为出现了削波（可以用AGC解决）；

        4.3阻抗IMP

        定义：声压转化为电平的能力

        特点：包含一个f0的显著阻抗峰值，在f0之前比较平缓，f0之后略有下降。

        额定阻抗：阻抗曲线上低频共振频率以上的第一个阻抗最小值；因为此时音圈电感所产生的反电动势和音圈振动所产生的反电动势刚好抵消；

        4.4Rub&Buzz异音

        定义：与纯音相比异音是一种没规律不和谐听起来令人烦躁不安的声音，通常是由高次谐波引起。

        一个频率范围在200-3400Hz、电压在2.83Vrms的正弦扫频（in 1cc box）

        4.5功率

额定噪声功率：在额定频率范围内馈给扬声器以规定的模拟节目信号而不产生热和机械损坏的相应功率。

长期最大功率：承受持续时间为1min、间隔2min、重复10次的模拟节目信号而不产生永久性损坏的最大信号功率。

短时最大功率：承受持续时间为1s、间隔60s、重复100次的模拟节目信号而不产生永久性损坏的最大信号功率。

扬声器功率其实是和频段有关系的：在低频主要是限制振幅，在高频主要是限制温升，可以根据频段调整额定功率，最大化利用SPK

        4.6 f0

        

        由扬声器的等效振动质量Mms和等效顺性Cms决定， Fo可直接用Fo测试仪测量或通过测量阻抗曲线获得。(下图为扬声器单体阻抗和倒相箱阻抗曲线)

---

5.扬声器TS参数

        5.1共振频率处的最大阻抗Zo

        由音圈、磁路、振动系统(鼓纸、弹波)共同决定，可用替代法测量或通过测量阻抗曲线获得 

        5.2机械力阻Rms

        由鼓纸、弹波的内部阻尼及使用胶水的特性决定，可由测量出机械品质因数Qms后通过下列公式计算：

        5.3辐射力阻Rmr

        由口径、频率决定，低频时可忽略。

        5.4等效辐射面积Sd

        只与口径(等效半径a)有关

        5.5机电耦合因子BL

        由磁路B值和音圈线有效长度L决定，也可通过测量电气品质因数Qes后用下列公式计算:

        5.6等效振动质量Mms

        由音圈质量Mm1、鼓纸等效质量Mm2、辐射质量Mmr共同决定， Mms可由附加质量法测量获得。

        5.7辐射质量Mmr

        只与口径(等效半径a)有关。

        其中ρo=1.21kg/m3为空气密度， a为扬声器等效半径。

        5.8等效顺性Cms

是指扬声器振动系统的支撑部件的柔顺度.其值越大,扬声器的整个振动系统越软.单位:毫米/牛顿(mm/N). 由鼓纸顺性Cm1、弹波顺性Cm2共同决定，此顺性即是我们所称的变位，只是单位需换算为国际单位制：m/N，而变位可以用变位仪直接测量。Cms可由附加容积法测量获得。

        5.9等效容积Vas

密闭腔体中和扬声器声顺相等的体积空气声顺；只与等效顺性、等效辐射面积有关。
Vas =ρo*c2*Sd2*Cms (18)

此处c为空气中的声速，c=344m/s

        5.10机械品质因数Qms

由振动系统的等效振动质量Mms、等效顺性Cms、机械力阻Rms共同决定，Qms可由阻抗曲线的测量获得。∆f 6为阻抗曲线上阻抗等于SQR(Zo*Re)所对应的两个频率的差值。

        5.11电气品质因数Qes

由振动系统的等效振动质量Mms、等效顺性Cms、机电耦合因子BL共同决定，由阻抗曲线的测量获得。

        5.12总品质因数Qts

由机械品质因数Qms和电气品质因数Qes共同决定。

6.扬声器腔体设计

        6.1扬声器后腔

        声短路：是指扬声器的振膜向前或向后运动时声波相位相反（有180°的相位差），导致声波互相抵消。与频率有关，低频尤其明显。

        声短路解决办法：安装后箱体（或障板）将前后声隔绝开（也可以不用后箱体尊宝R909，但是要有足够大的喇叭振动面积，喇叭有足够的线性范围），后腔越大，低频扩展越低，理想后腔无限大且密封无泄漏，实现低频共振。

        安装后腔效果：后腔越小，低频截止频率f0越高，障板相当于无限大后腔；一般情况后腔形状对频响曲线影响不大，但是如果有一部分细扁长，会产生驻波，音质急剧变差。

        6.2泄露与密封

        手机扬声器不一定会设置泄露孔，因为手机扬声器振幅小，空气压缩容积小；主要取决于空气压缩容积，而空气压缩容积取决于扬声器振幅和面积；

        扬声器box通常设计有泄露孔，平衡box后腔气压，防止造成鼓膜或瘪膜；泄漏孔面积越大对低频影响越大；

        密封方式：

        6.3扬声器前腔：

        前腔（出声孔）：对中高频进行修正（影响高频截止频率和中频灵敏度），前腔体积尽可能小，实现高频共振（产生一个高频峰值的截止频率），保证前后腔完全隔开；

        出声孔面积：出声孔面积控制在扬声器振动面积的15%-20%之间。出声孔不能分布在整个面上，面积过大，高频噪声过多，过小导致声音变小且低频敏感度降低；出声孔径0.8-1.5mm，推荐使用1mm；(同样出声面积下，孔径太大高频太多声音听起来太尖，孔径太小太多声音浑浊噪声多不利于出声)占振动面积的10%左右；体积一定时，出声孔面积越大，高频截止越大；

        前腔空间大小：越大，高频截止越低；越小，高频截止越高，但是振膜离前盖太近，附加振动附加质量太大，低频灵敏度下降。（前腔体积越大，出音孔位置、分布的影响就越小）

        出声孔深度：出声孔越深高频截止越低；

        防尘网阻尼：阻尼越大，低频和高频峰值处SPL越低；

        前后腔密封方式：泡棉、密封圈；半密封模组、全密封模组

        6.4出音孔：

        扬声器出声方式：

                正对：出声孔正对振膜，声压级大且高频丰富，但是容易堵；

                侧对：不容易堵，结构复杂声压级小且高频成分不丰富；

        扬声器发声规律：

        振膜中部发中高频，振膜边发低频；弹性控制区、质量控制区、阻尼控制区

        6.5倒相箱：

---

7.扬声器音质差原因及解决办法：数字域和模拟域

---

8.扬声器底噪：

        8.1扬声器信噪比：

        小SPK取单个点1KHz或2KHz，信噪比=信号-噪声；大SPK取多个点的平均；

---

9.扬声器振膜：

钛复合膜单元（钛+PET高分子复合材料）：低中高较好均衡

塑胶振膜（PT高分子复合材料）：低频好

特制复合膜单元（PET高分子复合材料）：适合重低频和高频

特制纸盆单元（天然生物纤维制成的纸振膜）：可减少高频失真

生物振膜单元（羊绒振膜单元）：中低频更好，高频不佳

---

10.腔体影响总结

后腔体积

等效成电容，体积越大容值越大，f0越低，V和f0呈倒数关系；

后腔泄露

后腔泄露等效在前腔上并联声阻声质量，扬声器向外发声能力变弱；

前腔体积

等效为声顺，即电感，体积越大电感越大，fh越小；

前出声孔位置/面积

前出声孔等效为声质量和声阻，即电感和电阻，振膜向前辐射的能量一部分给前腔声顺，一部分给出声孔；

防尘网

增加出声孔声阻，即电阻值；

---