扬声器特性

低音扬声器详解

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低音扬声器详解

作者：宋小威（网名：威威）

首先我们先看看低频扬声器的基本结构。图一是低音扬声器的构造图：

扬声器构造Array

重点谈谈扬声器的关键部件——振膜。振膜俗称：纸盆

在扬声器中，振膜对音质有至关重要的影响。其关键技术就在这张“纸”上！对振膜的要求包括以下三个方面

（一）从稳态振动方面考虑：

从稳态振动方面考虑，对振膜的基本要求在物理特性方面有如下三条：

（1）要求扬声器重放频带尽可能宽。此时要求弹性率E/ρ尽量大。这里的E代表振膜材料的弹性模量，指材料应力增量与应变增量之比，也叫做：“杨氏模量”。

度，都会提高频率上限。

（2）要求扬声器失真小，因此要求振膜的弯曲刚性大。这就要求振膜质地坚挺，尽量减小振膜的分割振动。对于振膜来说，在输入到扬声器的频率较低时，可

活塞振动。随着频率的升高，从振膜中部到边缘的振动传播时间就不能忽略不计了。这时就不能认为它是一个活塞，而是要分割成若干部分，每部分以不同振幅低音扬声器不是不能发出高音，而是高音集中在扬声器的中部。越是高频越是集中在中部。由于高频的振动集中在中部，所以高频的辐射角度很小。早期的双纸一个小的纸盆，使高音通过这个小纸盆发出，它起到增加高频辐射角度的作用。

（3）要求振膜有适当的内阻尼。内阻尼也叫内摩擦，是指材料在受到不断涨落的应力后，机械能转化为热能的现象。

（二）从瞬态振动方面考虑：

如果一个脉冲信号加到扬声器上，起始阶段，扬声器振动也不会马上响应，要有一个上升时间。而终止信号后，扬声器的振动不会马上停下来，要有一个滞后过称之为“前沿瞬态响应”和“后沿瞬态响应”。这两个瞬态响应与振膜的材料有密切的关系。同时它与连接扬声器功放的阻尼系数也密切相关。

（三）从可靠性角度考虑：

（1）防潮性能：扬声器可能工作在潮湿的环境，要求振膜具有防潮性能。

（2）湿强度性能：纸制振膜在潮湿、水浸的条件下，强度会大幅度降低。因此要求此类振膜具有湿强度性能。

（3）防霉性能：要求振膜材料具有防霉变性能。

（4）其他：外观色泽令人感觉舒适、经久耐用。

以下是扬声器的各项指标简述：

1.额定阻抗Z 扬声器的阻抗是一个感性加容性加直流电阻的矢量和。对于交流信号而言，它的阻抗是随着频率变化而变化的，其典型的阻抗曲线如图二所示。阻抗最小值即为额定阻抗值。它是计算分频器和放大器输出功率的主要依据。

2.音圈直流电阻用Re表示。音圈的直流电阻均比额定阻抗小，一般为额定阻抗的0.85倍左右。例如：8Ω的扬声器的直流电阻为：Re=8×0.85=6.8Ω

3.谐振频率fo谐振频率指的是扬声器在自由声场中低频段阻抗值达到最大值的时候所对应的频率（见图二）fo的值与扬声器的口径及音圈的长度有关，口径大音圈、长冲程的fo一般都比较低。低音扬声器的fo一般都在18-80Hz的范围内。

4.总Q值Qts 它反映了扬声器fo附近的振动系统的阻尼状态，是决定扬声器低频特性的重要参数。

5.谐振阻抗Zmax 谐振阻抗指的是扬声器fo处的阻抗值。

6.有效振动直径Din 它的值为扬声器振动板的直径与1/2的折环宽度的和（单位：mm）。该值不仅与箱体容积有关，而且决定了扬声器在低频段（20-100Hz）

7.等效振动质量Mo 扬声器的等效振动质量指的是扬声器的振动系统和因为扬声器振动时空气的反作用力而附加在锥盆两侧的附加质量之和。

8.机械Q值Qms 它反映了扬声器fo处悬挂系统的机械阻尼状态的量。实际测试表明它对扬声器的中高频的表现也有影响。

9.电Q值Qes 它反映了扬声器fo处的电阻尼的量。同样它对扬声器的中高频的表现也有影响。

10.等效容积Vas 等效容积是一个扬声器设计中，极为重要的参数。它指的是在这个容积中，空气的声顺与扬声器的声顺相等（单位：L）它是一个与箱体容积声器Vas相差很大，小的只有2升，大的可达三百升以上。

11.线性位移Xmax 它是指扬声器锥盆的单向最大线性振幅（单位：mm）现代新型大功率低频扬声器的线性位移可以达到3-12毫米（视扬声器尺寸4-8寸不等小口径扬声器的低频重放能力。使小口径单元也能够发出具有类似大口径单元的低频能量。但是这种扬声器的灵敏度比较低。

12.特性灵敏度它的定义为在扬声器装在标准障板上在有效频带内输入一瓦的粉红色噪声信号，在扬声器正面轴线上离基准点1米的距离处的声压级（单位：元的易推程度。决定灵敏度的因素很多，主要与扬声器场芯气隙中的磁场强度有关。这个磁场强度与导磁上下夹板的厚度及磁体材料的磁性有关。灵敏度还与音长，相对灵敏度较低，但低频下限也低。

13.有效频率范围它是扬声器放声时可以利用的频率范围。它由扬声器的上下限频率确定，在我国，国家规定在频响曲线上灵敏度最大的区域内去一个倍频程或内的平均声压级再下降10db，画一条平行于横坐标的直线，它与频响曲线两端的焦点对应的两个频率即为上下限频率。有效频带越宽表明不均匀度越小，扬声

14.指向性在规定频率范围内扬声器偏离正面轴向时的频率响应相对于正面轴向频率响应的变化特性即为指向性。在规定的角度内中高频部分扬声器的声压级

15.额定谐波失真扬声器的谐波失真主要由磁路系统和支撑系统的非线性产生。这个值越小越好，现代高保真扬声器的额定谐波失真大都在3%以下。

16.扬声器的功率处理能力（或称扬声器的额定功率）是一项重要技术参数，它代表扬声器承受长期连续安全工作的功率输入能力，了解扬声器的功率处理能力，动器是如何损坏的，驱动器的损坏模式常见的有三种：

第一种是音圈过热损坏（音圈烧毁，过热变形，开胶散圈，匝间击穿等），第二种是驱动器的振膜位移量超过极限值，使扬声器的锥形振膜或其周围的弹性部件很多大振幅的低频信号。第三种类似第二种，是由于从振膜到接线端子的引线过短或质量太差，在大的振动时，引线断开。

声音信号不是一种正弦波信号，而是一种随机的，这些随机信号可用三个能数来表示，有效值（RMS）又称均方根值，是与信号峰值等幅的正弦信号平均值的一表信号的发热能量。

峰值（Peak）是信号达到的最大电平，对于正弦波来说，峰值电平大于有效值电平3dB。对于粉红噪声来说，峰值电平大于有效值电平6dB。对于音乐信号来说可达10-15dB。在评定一种扬声器的位移能力时，峰值是重要的，峰值因子，用来说明峰值电平与有效值电平的比率，对于按（AES-1984）标准的粉红色噪声B，即峰值电压是有效值电压的2倍，功率是4倍。

扬声器的功率处理能力是按（AES-1984）处理后的粉红色噪声信号连续加2小时工作后其电性能和机械性能的永久性变化不大于10%的情况下测得的技术参数最后谈谈目前扬声器箱（扬声器箱俗称：音箱）功率的测试标准：

音箱的功率：音箱的功率单位是W（瓦），涉及的内容与功放类似，但更加复杂。音箱功率容量的大小也与重放信号的电平、频率范围、以及可接受的总谐波失多组织制定了音箱功率的测试标准，他们分别是：AES（美国音响工程师协会AES-1984）、EIA（电子工业协会）、ANSI（美国国家标准协会ANSI-S4.26-1粉红噪音信号源连续2小时，每倍频程10点的频宽，每倍频程12dB滤波斜率。这和扬声器测试标准是相同的。但未被全部厂商采用，业界最为广泛使用的是* 连续、长期或有效值（RMS）功率：粉红噪音信号源，测试时间连续1小时以上，给出最低功率值。

* 节目或音乐功率：带音乐特色的测试信号源，测试时间约1秒，结果比连续功率高3dB（功率的2倍）

* 峰值或瞬时功率：带音乐特色的测试信号源，测试时间约0.1秒，结果比连续功率高6dB（功率的4倍）