扬声器原理及音腔设计
扬声器结构和原理
Байду номын сангаас
扬声器的工作原理
二、扬声器的种类
一、扬声器的定义 扬声器又称为喇叭,它
有舌簧式、晶体式、
是一种将电能转换成声能
的器件。
动圈式等几种，常用的
是动圈式。
三、扬声器的组成
振动系统
包括锥形纸盆、 音圈和定心支片等； 包括永义磁铁、 导磁板和场心柱等；
磁路系统
辅助系统
包括盆架、接线板、 压边和防尘盖等。
四、动圈式扬声器的工作原理
当音频电流通过扬声器音圈时，音圈在磁 场中受到磁场力的作用会发生振动，音圈的振 动带动纸盆振动，从而发生声音。音频电流越 大，作用在音圈上的磁场力就越大，音圈和纸 盆振动的幅度也越大，从而产生的声音就越响。 由于音频电流的大小和方向不断变化，就使扬 声器产生随音频变化的声音。
扬声器音腔设计
优秀案例二：影院扬声器音腔设计
总结词
沉浸式音效
详细描述
影院扬声器音腔设计注重营造沉浸式的音效体验，通过大型 低音喇叭、环绕立体声技术以及特殊音腔结构，实现宽广的 音场和深沉的低音效果，让观众仿佛置身于电影场景之中。
优秀案例三：便携式扬声器音腔设计
总结词
轻便与音质兼备
详细描述
便携式扬声器音腔设计追求轻便与音质的高度结合，通过采用先进的材料和音腔结构优 化技术，减小体积和重量，同时保持出色的音质表现，方便用户在外出时随时随地享受
扬声器音腔设计
目录 CONTENT
• 扬声器音腔设计概述 • 音腔结构设计 • 材料选择与声学特性 • 优化与改进 • 案例分析
01
扬声器音腔设计概述
设计概念与目标
设计概念
扬声器音腔设计是指对扬声器内 部结构的规划和优化，旨在提高 扬声器的声音品质和性能。
设计目标
通过合理的音腔设计，实现更清 晰、更纯净的声音输出，同时减 小失真和噪音，提升扬声器的整 体表现。
实验测试
通过实验测试，验证仿真结果的准确性，并对音 腔设计进行进一步分析，找出差异 原因，提高仿真精度。
参数调整
根据实验结果，调整仿真模型中的参数，使仿真 结果更接近实际表现。
用户反馈与持续改进
用户调研
收集用户对扬声器性能的反馈，了解用户需求和期望。
迭代改进
总结词
材料的非线性行为是导致声音失真的主要原因。
详细描述
当声音强度达到一定水平时，许多材料会表现出非线性行为，这意味着它们的声学特性不再是线性的 ，而是随着声音强度的增加而发生变化。这种非线性行为会导致声音失真，使音质变差。因此，在扬 声器音腔设计中，选择具有较低非线性行为的材料可以减少声音失真，提高音质。
SPK音腔
泄漏孔面积越大，低频衰减越厉害 泄漏孔 应远离SPK。 同时，设计前声腔时，需考虑出声孔的面积，一般情况下，前声腔越大，则 出声孔面积也应该越大。
音腔设计
音腔设计
1. 2. 3. 4. 5. SPEAKER出音孔、声腔设计建议 后腔尽量大，通常对15mm SPK而言，应不小于2ml。 前音孔面积不能太小，通常对15mm SPK而言，不小于８ｍｍ２。 泡棉的厚度适当，一般厚度为0.4mm-1.0mm. SPK与机壳的粘合紧密，不能有缝隙。由于镶件或机壳上下盖结合所引起的 泄漏尽量小，离ＳＰＫ尽量远。
额定功率/最大功率
0.5W/1W
10mW/30mW
音腔设计
音腔作用： 腔体的目的是为了隔开前后声波，避免二者干涉 腔体的大小左右着ＳＰＫ／ＲＶＲ的低频重放
手机的声腔设计主要包括前声腔、后声腔、出声孔、后音腔、防尘网五 个方面，如下图：
音腔设计
后音腔&前音腔
后声腔主要影响铃声的低频部分，对高频部分影响则较小。铃声的低频部分 对音质影响很大，低频波峰越靠左，低音就越突出，主观上会觉得铃声比较 悦耳。 一般情况下，后声腔的形状变化对频响曲线影响不大。但是如果后声腔中某 一部分又扁、又细、又长，那么该部分可能会在某个频率段产生驻波，使音 质急剧变差，因此，在声腔设计中，必须避免出现这种情况。
前声腔对低频段影响不大，主要影响手机铃声的高频部分。随着前声腔容积 的增大，高频波峰会往不断左移动，高频谐振点会越来越低。 前声腔太大或太小对声音都会产生不利的影响 。 同时，设计前声腔时，需考虑出声孔的面积，一般情况下，前声腔越大，则 出声孔面积也应该越大。
出声孔&泄漏孔
出声孔的面积（即在SPEAKER正面上总的投影有效面积）对声音影响很大， 而且开孔的位置、分布是否均匀对声音也有一定的影响，其程度与前声腔容 积有很大关系。一般情况下，前声腔越大，开孔的位置、分布对声音的影响 程度就越小 。出声孔对高频的影响比较大。 出声孔一般大于扬声器振动面积20%以上。
扬声器原理及音腔设计
SPL[dB]
120 110 100
90 80 70 60
100
φ14扬声器背面容积変化时的频率特性変化（0.2W/0.1m）
容積可 変
1000 0.5cc
Frequnecy[Hz]
10000
1cc 3cc 5cc 45cc
100000
Ⅱ- 2）背面容积和 Fo 的变化
由于φ14,16,18扬声器容积変化Fo変化的数据 （扬声器的Fo为800Hz）
２）F h（高域限界周波数）： 表示高域再生能力 (Hz)
３）S P L(音压)
： 表示声音的大小 (dB)
３)手机实装时的特性变化
Ⅰ- 1）扬声器背面密封的必要性 通常扬声器的背面都有密封。从扬声器振动板上面产生的声波和其下面产生的声波的相差
为１８０度。因此若不遮断其上下声波就会由于相差干扰而使声音消失。特别是波长长的低 频是很显著的。因此理想的方法是完全遮断背面声波，使其不再有相差干扰。 ⇒ 手机实装时、若前盖后盖的卡合部或转轴等其他连接部有间隙，背面声波就会漏音、尤 其是波长长的低音会消失、低音质感也会耗损。
4000
3500 3000 2500
・容积和Ｆｏ的关系如下图表所示：3cc以下的时候 突然变化很大。 ⇒容积３ｃｃ时为重要背景 （３ｃｃ时勉强在１ｋHz的再生帯域）
Foc[Hz]
2000
1500
1000
500
0
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Cavity[cc]
φ14ス扬ピ声ー器カ
φ16ス扬ピ声ー器カ
在干扰 部分声 音消失
密封盒
音圧 [dB] 音圧 [dB]
有关喇叭的音腔的设计规范
电压（V）
声压级（dB）
F1 F2
频率(Hz)
F1 F2
频率(Hz)
Speaker的关键参数
❖ 频率响应曲线 ❖ 谐波失真 ❖ 额定功率/最大功率
Speaker频率响应曲线
频响曲线主要从三个方面进行评价：SPL值、低频谐振点f0、平坦度
Speaker频率响应曲线关键参数
SPL(灵敏度)：指输入扬声器单元1W的电功率，在扬声器轴线方向离开1米远的 地方测得的声压级大小。它实质上是一种（转换效率）的体现。
SPL=20log（P/P0）dB
低音共振频率f0的值和 共振锐度Q0(平坦度)的值共同决定了低音域的特性。
低频谐振点f0反映了SPEAKER的低频特性，是频响曲线次重要的指标。平坦度 反映了SPEAKER还原音乐的保真能力，作为参考指标
SPEAKER常用种类
❖ 圆形的：13mm,14mm,15mm,16mm,17mm,18mm,20mm. ❖ 椭圆或跑道的: 10*15mm,,10*20mm,12*14mm
泄漏尽量小，离ＳＰＫ尽量远。
音腔设计参数建议
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谐波失真(THD)
<0.15% 0.5W
<5% 300~3400Hz 179mV
谐振频率Fo
900+/-20%Hz
600+/-20%Hz
额定阻抗
8+/-15%ohm
32+/-15%ohm
额定功率/最大功率
0.5W/1W
10mW/30mW
音腔设计
音腔作用： ❖ 腔体的目的是为了隔开前后声波，避免二者干涉 ❖ 腔体的大小左右着ＳＰＫ／ＲＶＲ的低频重放
【设计规范】喇叭（speaker）原理及音腔设计规范
【设计规范】喇叭（speaker）原理及音腔设计规范导读喇叭又名扬声器，现如今，人们对手机的要求越来也高，声音也是一个评价手机好坏的因素。
为提高音质，喇叭的结构形式也发生了很多变化，由正出音变成侧出音，有单喇叭变成双喇叭，甚至是喇叭BOX；很多手机厂商都推出音乐手机，试想一下如果音质不好的音乐手机是什么样的，而对于音质的好坏，结构设计及音腔设计都有影响，本文就介绍下音腔的结构设计要求；一、喇叭的基本结构及工作原理喇叭的基本结构图如下：喇叭的工作原理：是由磁铁构成的磁间隙内的音圈在电流流动时，产生上下方向的推动力使振动体（振动膜）振动，从而振动空气，使声音传播出去，完成了电-声转换。
喇叭实际上是一个电声换能器。
二、喇叭音质的影响因素对手机而言，Speaker、喇叭音腔、音频电路和MIDI选曲是四个关键因素，它们本身的特性和相互间的配合决定了铃声的音质。
Speaker单体的品质对于音质的各个方面影响都很大。
其灵敏度对于声音的大小，其低频性能对于铃声的低音效果，其失真度大小对于铃声是否有杂音都是极为关键的。
喇叭音腔则可以在一定程度上调整Speaker的输出频响曲线，通过声腔参数的调整改变铃声的高、低音效果，其中后声腔容积大小主要影响低音效果，前声腔和出声孔面积主要影响高音效果。
这里就涉及到结构设计及音腔的设计；音频电路输出信号的失真度和电压对于铃声的影响主要在于是否会出现杂音。
例如，当输出信号的失真度超过10％时，铃声就会出现比较明显的杂音。
此外，输出电压则必须与Speaker相匹配，否则，输出电压过大，导致Speaker在某一频段出现较大失真，同样会产生杂音。
MIDI选曲对铃声的音质也有一定的影响，表现在当铃声的主要频谱与声腔和Speaker的不相匹配时，会导致MIDI音乐出现较大的变音，影响听感。
三、音腔结构设计规范3.1音腔的基本结构和作用先看一下一般正音腔的结构，如下图：手机的声腔设计主要包括后声腔、前声腔、出声孔、防尘网，密闭性五个方面；每部分的作用和设计都有所不同：后音腔的作用，1.防止扬声器中低频的声短路；2.使低频声音有利，让人感觉声音圆润；后音腔的设计很重要，直接影响手机音质的好坏和大小；前音腔的作用1.前音腔是让声音产生一个高频段的截止频率，并产生一个高频峰2.修正高频噪声3.好的前腔可提高中频，减小高频噪声，降低高频段延伸，提高声音转换效率；出音孔的作用：1.出音2.出音孔面积影响高频截止频率，中低频的灵敏度；出音面积过大导致高频噪音过多，过小可能导致声音变小；防尘网和密封性的作用很明显，就是防尘和密封；具体影响见下表：3.2相关设计要求1.speaker前音腔泡棉高度一般在0.3~1.0mm,同时要避开喇叭震膜范围，注意防尘网的位置，不能让喇叭的震动膜在震动时碰到防尘网，否则会引起异响；2. Speaker出声孔及声腔内部设计要圆滑过渡,尽量避免尖角﹑锐角，否则容易产生异响。
关于喇叭音腔设计的基本原理
关于喇叭音腔设计的基本原理新闻出处：21ic 发布时间： 2007-10-20lldwsw 发布于 2007-10-20 9:39:00关于喇叭的音腔设计，基本上我们停留在一个概念上，而没有一套完整的理论指导。
我们知道的音腔设计，往往是如下的理解：1：要有音腔，起扩音用，至于为什么要有音腔，则不明白。
2：音腔要求密封，若密封不好，则导致低音很差。
3：音腔孔不能开的太大，若开的太大，会导致音量变小。
以上三点是我们最常关心的，我们往往按要求去做，没有问过为什么。
本人试着用射频理论推导喇叭音腔设计：对比天线与喇叭天线喇叭媒质真空空气作用电能转换成电磁场能量电能转换成声音能量主要器件天线喇叭附属器件匹配电路音腔原理电磁场理论震动波理论目的获得最大的能量输出，合适的频响最大的能量输出，合适的频响结论只有合适的天线和合适的匹配电路，才能获得最大的能量和合适的频响只有高效的喇叭和合适的音腔，才能获得最大的能量和合适的频响通过以上，我们基本上清楚，喇叭跟天线具有类似的功能，就是起能量转换作用，其中喇叭是关键器件，它是电能到声能的根本，但是附属器件音腔决定了它的最大输出功率和频率响应，接下来我们主要讨论音响系统是如何获得最大能量的。
先举一个例子，我们用手拍空气，对空气做功基本上等于0，假如我们拿一把特别大的扇子，扇不动，对空气做功也等于0。
对空气做功其实就是对空气发生，假如这个频率在我们能够听到的范围内，就是声音了。
那么通过上面的例子可以说明，用手对空气做功有一个极点，也就是说有一个最大值。
我们用以下公式来看：P ＝F × VP为功率，对外界做功的功率，F为力的大小，V为速度。
这个公式说明F太小，或者V太小，都不可能对外做功，只有两个值乘积项决定对外的功率。
接下来我们看看喇叭是不是跟手一样，就是一个振膜加一个动力线圈，振膜决定这个扇子的面积大小，动力线圈相当于人的力。
因为喇叭的振膜是不可能变的，除非换个喇叭，在喇叭振膜，电能信号的频率一定的情况下，我们来描述这个音响系统应该如何提高输出能量：对比P ＝F × V公式，我们对喇叭提出一个具体对外做功的简易公式。
有关喇叭的音腔的设计规范标准[详]
![有关喇叭的音腔的设计规范标准[详]](https://img.taocdn.com/s3/m/ca96a39ad1f34693daef3ead.png)
SPEAKER常用种类
圆形的：13mm,14mm,15mm,16mm,17mm,18mm,20mm. 椭圆或跑道的: 10*15mm,,10*20mm,12*14mm 12*18mm,13*18,14*20
Speaker与Receiver对比
性能参数 频率响应曲线 有效频率范围 特性灵敏度(SPL) 谐波失真(THD) 谐振频率Fo 额定阻抗 Speaker 0.5W/5cm 600~20KHz 98+/-3dB 1KHz 0.5W/5cm <0.15% 0.5W 900+/-20%Hz 8+/-15%ohm Receiver 179mV 300~3400Hz 110+/-3dB 1KHz 179mV <5% 300~3400Hz 179mV 600+/-20%Hz 32+/-15%ohm
电压（V）
声压级（dB）
F1
F2
频率(Hz)
F1F2频率(Hz) NhomakorabeaSpeaker的关键参数
频率响应曲线 谐波失真 额定功率/最大功率
Speaker频率响应曲线
频响曲线主要从三个方面进行评价：SPL值、低频谐振点f0、平坦度
Speaker频率响应曲线关键参数
SPL(灵敏度)：指输入扬声器单元1W的电功率，在扬声器轴线方向离开1米远的 地方测得的声压级大小。它实质上是一种（转换效率）的体现。 SPL=20log（P/P0）dB 低音共振频率f0的值和 共振锐度Q0(平坦度)的值共同决定了低音域的特性。 低频谐振点f0反映了SPEAKER的低频特性，是频响曲线次重要的指标。平坦度 反映了SPEAKER还原音乐的保真能力，作为参考指标
泄漏孔面积越大，低频衰减越厉害 泄漏孔 应远离SPK。 同时，设计前声腔时，需考虑出声孔的面积，一般情况下，前声腔越大，则 出声孔面积也应该越大。
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100000
Ⅵ）实装中音压特性变化实验数据
单体 (Φ16mm)
障板
音圧[dB]
110
100
90
80
70 60
50 40
100
Unit Baffle Box B-ox-Hole-Masking
1000
10000
周波数[Hz]
100000
实装方式(开孔率)别音压特性変化
Box
少开口率Box
４)立体声扬声器配置
AB
左右扬声器之间的距离尽量远离。
尽量降低左右扬声器的特性差异。
受听点尽量在左右扬声器的中心。
立体音场重现时,扬声器和耳朵之间的传达函数最好是以 左右扬声器的中心部作为头部的位置来计算、但在手机倾 斜的情况下，左右扬声器与耳朵间的路长差增加、因此计 算出的函数有所不同、音质感也有所变化。特别是侧面配 置与前面配置相比、其路长差更容易增加。(A<B)
单频
立体声(前面)
Lch
Rch
立体声(侧面)
Lch
Rch
附加低音功能
５)立体音场重现 实音场
实际音源 头部传达函数（HRTF)
H2 H1
音源在 左前方
３次元音响再生音场
控制过滤器
假想音源
扬声器重现
H4 H5
H3
H6
音源在左 前方
相同的声音
左耳中的音
右耳中的音
左耳中的音
右耳中的音
如果两耳听到的声音相同，就会感觉宛音源的声音
扬声器代表特性 （φ16扬声器、1.26Vrms/0.1m)
110
25
Fh
100
20
SPL[dB] Imp[Ω]
90
Fo
15
80
10
70
5
60 100
1000
Frequency[Hz]
SPL
Imp
10000
0 100000
＜代表参数及其意义＞
１）F o（最低共振周波数）： 表示低域再生限界 (Hz)
６）磁 铁：产生磁力线 ７）制动布：抑制振动板的振动幅度(空气制动)及防尘作用的布材
Ⅰ- 1）扬声器的原理
Ｆ(力)
Ⅰ- 2）扬声器的元件构成
Ｈ(磁界) Ｉ(电流)
背面
前面
从前面和背面的出声有半波长 的相差(180度)
防护罩
振动板 音圈 顶板 磁铁
盆架
制动布 后盖 端子
２)扬声器的代表特性及参数
φ18ス扬ピ声ー器カ
Ⅲ）手机音孔面积及高频特性変化
在手机终端上 扬声器配置如下图所示∶结构设计上在扬声器前面与开孔的外盖之间存在 一定的空间。由于外盖孔的开口总面积来改变高频特性。面积小，扬声器前面的空间V与孔的 开孔总面积S就会低通滤波器的作用、使高频限界频率变化。
⇒ 为了在手机实装时，降低噪音、争取让铃音(2.5～2.7kHz)在２、３次高谐波，一般将共振 设定在７～８kHz。
若开孔面积过小、孔内的空气阻抗就会变大，音压就会衰减(参照下图特性)。
容積V
面積S
SPL[dB]
120 110 100
90 80 70 60
100
φ14扬声器开口面积变化时的频率特性变化（3cc、0.2W/0.1m）
面積可変φ1～8 3cc
1000
Frequnecy[Hz]
10000
φ1.0 φ2.0 φ3.0 φ4.0 φ5.0 φ6.0 φ7.0 φ8.0
扬声器的工作原理是在用磁铁构成的磁气回路里内置的音圈流过的电流、产生 上下方向的驱动力，使振动板振动由此使空气振动来出音。
顶板
防护罩
音圈
后盖
磁铁 振动板
制动布
＜各元件的名称及作用＞ １）振动板：使空气振动的振动板（塑料薄膜） ２）防护罩：保护振动板（金属材料） ３）顶 板：将磁力线集中在音圈周围的金属板 ４）音 圈：在电流通过时产生驱动力的线圈 ５）后 盖：将磁力线集中在音圈周围的金属板
Ⅰ) 应用举例(Panasonic SD-Jukebox)
房间的面积
small
３０°
ＨＲＴＦ
３０°
ＲＴＦ
medium large
设置条件、效果设定
Ⅱ) 为了更理想的再生立体音场，扬声器特性及配置应注意点
倾斜和从左右扬声器进入耳 朵的声音路长差变长
尽可能实装在特性稳定的BOX中。
扬声器必要使用共振少的(相差转动少的)单品。
SPL[dB]
120 110 100
90 80 70 60
100
φ14扬声器背面容积変化时的频率特性変化（0.2W/0.1m）
容積可 変
1000 0.5cc
Frequnecy[Hz]
10000
1cc 3cc 5cc 45cc
100000
Ⅱ- 2）背面容积和 Fo 的变化
由于φ14,16,18扬声器容积変化Fo変化的数据 （扬声器的Fo为800Hz）
手机终端扬声器的实装方法
BMCOM Speaker Eng.
＜目 录＞
１）扬声器的原理・构造 ２）扬声器的代表特性及参数 ３）手机实装时的特性变化 ・漏音低频特性 ・背面容积及低频特性 ・安装孔面积及高频特性 ４）立体声扬声器的配置 ５）立体音场重现
１)扬声器的原理・构造
密密閉封B盒OX
手携机帯终電話端 50
40
100
1000
10000
100000
周波数 [Hz]
密封盒腔与手机的特性比较
(商用终端整机的漏气状態)
实验中和实机中漏气 有相同的特性
密封BOX是理想状态
Ⅱ- 1）背面容积和 Fo 的变化
如下图所示：扬声器是配置在密封的空间中使用、由与背面空间容量给特性变化。虽然振 动板表现出弹片模样的振动、但若背面空间容量小，由于空气压力的伸缩、会使Fo(最低共振 频率)上升、低音无法出来。 ⇒ 手机用途的电动式扬声器，最理想的是背面空间在３cc以上。下图为φ16mm扬声器的背面 容量变化数据。 由于背面容量变小，低音重现就变0 2500
・容积和Ｆｏ的关系如下图表所示：3cc以下的时候 突然变化很大。 ⇒容积３ｃｃ时为重要背景 （３ｃｃ时勉强在１ｋHz的再生帯域）
Foc[Hz]
2000
1500
1000
500
0
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Cavity[cc]
φ14ス扬ピ声ー器カ
φ16ス扬ピ声ー器カ
２）F h（高域限界周波数）： 表示高域再生能力 (Hz)
３）S P L(音压)
： 表示声音的大小 (dB)
３)手机实装时的特性变化
Ⅰ- 1）扬声器背面密封的必要性 通常扬声器的背面都有密封。从扬声器振动板上面产生的声波和其下面产生的声波的相差
为１８０度。因此若不遮断其上下声波就会由于相差干扰而使声音消失。特别是波长长的低 频是很显著的。因此理想的方法是完全遮断背面声波，使其不再有相差干扰。 ⇒ 手机实装时、若前盖后盖的卡合部或转轴等其他连接部有间隙，背面声波就会漏音、尤 其是波长长的低音会消失、低音质感也会耗损。
在干扰 部分声 音消失
密封盒
音圧 [dB] 音圧 [dB]
Ⅰ- 2）扬声器背面密封的必要性
110
100
90
80
70
60
密密閉封B盒OX
50
L漏ea气k-B盒OX
40 100
1000
10000
周波数 [Hz]
100000
密封盒腔与漏气盒腔的特性比较 (故意做漏气状态的音腔)
110
100
90
80
70
60