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揚(yáng)聲器基本工作原理知識(shí)
揚(yáng)聲器是能把電信號(hào)轉(zhuǎn)換成聲信號(hào)并輻射到空氣中去的電聲換能器。下面是由小編為大家分享有關(guān)于揚(yáng)聲器基本工作原理知識(shí)，歡迎大家閱讀瀏覽。
一、術(shù)語(yǔ)
揚(yáng)聲器(speaker loudspeaker),俗稱喇叭;1993年出版的《電聲辭典》指出：揚(yáng)聲器是能把電信號(hào)轉(zhuǎn)換成聲信號(hào)并輻射到空氣中去的電聲換能器。
據(jù)有關(guān)資料記載，最早發(fā)明揚(yáng)聲器在1877年，德國(guó)人西門子(D.W.Scimens)指出了揚(yáng)聲器雛型專利，他首先提出了由一個(gè)圓形線圈放置在經(jīng)向磁場(chǎng)組成的電動(dòng)結(jié)構(gòu)。
924年，美國(guó)的賴斯(C.W.Rice)和凱洛格(E.W.Kollogg)發(fā)明了電動(dòng)式揚(yáng)聲器。
二、揚(yáng)聲器原理
揚(yáng)聲器應(yīng)用了電磁鐵來把電流轉(zhuǎn)化為聲音。原來，電流與磁力有很密切的關(guān)系。試試把銅線繞在鐵板上，然后再接上小電池，你會(huì)發(fā)現(xiàn)鐵板可以把萬(wàn)字夾吸起。當(dāng)電流通過線圈時(shí)會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)，磁場(chǎng)的方向就由右手法則來決定。
揚(yáng)聲器同時(shí)運(yùn)用了電磁鐵和永久磁鐵，假設(shè)現(xiàn)在要播放C調(diào)(頻率為256Hz，即每秒振動(dòng)256次)，唱機(jī)就會(huì)輸出256Hz的交流電，換句話說，在一秒鐘內(nèi)電流的方向會(huì)改變，256次。每一次電流改變方向時(shí)，電磁鐵上的線圈所產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向也會(huì)隨著改變。我們都知道磁力是同級(jí)相拒，異極相吸的，線圈的磁極不停地改變，與永久磁鐵一時(shí)相吸，一時(shí)相斥，產(chǎn)生了每秒鐘256次的振動(dòng)。線圈與一個(gè)薄膜相連，當(dāng)薄膜與線圈一起振動(dòng)時(shí)，便會(huì)推動(dòng)了周圍的空氣。振動(dòng)的空氣，不就是聲音嗎?這就是揚(yáng)聲器的運(yùn)動(dòng)原理了。
三、揚(yáng)聲器在全世界每年的產(chǎn)量數(shù)以億計(jì)，它在通信、廣播、教育、日常生活等方面有廣泛的用途，和布、帛、菽、粟一樣成為人們不可須夷離開的東西。對(duì)從事?lián)P聲器的設(shè)計(jì)、制造的技術(shù)人員來說，對(duì)揚(yáng)聲器的理論、實(shí)踐、工藝等方面需要深入，對(duì)系統(tǒng)全面的了解。有人講揚(yáng)聲器很簡(jiǎn)單，不過是雕蟲小技，誰(shuí)都可以生產(chǎn)揚(yáng)聲器，這話不能說全無道理，聲學(xué)本來就是一個(gè)小學(xué)科，揚(yáng)聲器更是一個(gè)小器件。不過十幾個(gè)到幾十個(gè)部件，生產(chǎn)的門檻的確不高，單問題的另一面是揚(yáng)聲器又不容易做好。
揚(yáng)聲器是一個(gè)電聲器件，是電聲學(xué)研究的內(nèi)容之一。電聲學(xué)是包括電子學(xué)、聲學(xué)、電磁學(xué)、磁學(xué)等的交叉學(xué)科。揚(yáng)聲器雖然只有不多的幾十個(gè)部件，但是其復(fù)雜繁難的程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過我們的想象，這是因?yàn)橐韵聨c(diǎn)：
(1)揚(yáng)聲器的能量轉(zhuǎn)換層次多，反饋多。通常遇到的器件能量轉(zhuǎn)換只是一種一次。例如電動(dòng)機(jī)是將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能。發(fā)動(dòng)機(jī)是將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能。電燈是將電能轉(zhuǎn)換為光能。電池是將化學(xué)能轉(zhuǎn)換為電能，這里發(fā)生的只是一種能量向另一種能量的轉(zhuǎn)換。而揚(yáng)聲器有所不同，他是將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，再將機(jī)械能轉(zhuǎn)化成電能，這是在諸種轉(zhuǎn)換器中不常見的。它的層次多、反饋多自然帶來系統(tǒng)的復(fù)雜性和多樣性。在一個(gè)揚(yáng)聲器系統(tǒng)中同時(shí)存在電學(xué)部分、聲學(xué)部分、能和力學(xué)部分(機(jī)械振動(dòng)部分)。
(2)揚(yáng)聲器工作狀態(tài)不僅是靜止的，而且是振動(dòng)的，這種振動(dòng)又是在三維空間。這個(gè)三維空間的振動(dòng)系統(tǒng)具有多個(gè)邊界條件，因此它的振動(dòng)分析極為復(fù)雜，一般的數(shù)學(xué)工具已不夠用。荷蘭學(xué)者Frankort等導(dǎo)出錐體微分方程，具有14個(gè)變量的聯(lián)立一階微分方程，而且揚(yáng)聲器的振動(dòng)還與頻率和時(shí)間有關(guān)，實(shí)際上它處于多維空間之中。
(3)揚(yáng)聲器振動(dòng)系統(tǒng)只在低頻區(qū)為一集中參數(shù)系統(tǒng)。在頻率升高時(shí)振動(dòng)系統(tǒng)不再是剛體。在分析揚(yáng)聲器時(shí)，常采用等效電法，將揚(yáng)聲器看成由集中參數(shù)組成的等效電路。因此我們對(duì)電路理論是熟悉的，所以用電路理論來分析揚(yáng)聲器會(huì)得心應(yīng)手。在分析揚(yáng)聲器振動(dòng)時(shí)，假設(shè)揚(yáng)聲器是一個(gè)剛體，這樣扥洗起來相對(duì)方便。但是上述的假設(shè)只是在地音頻段是合適的，在頻率升高時(shí)，揚(yáng)聲器不再是集中參數(shù)元件，揚(yáng)聲器振膜會(huì)出現(xiàn)分割振動(dòng)。因此在高頻段，由剛體振動(dòng)假設(shè)導(dǎo)出的分析一律失效，由等效電路推出的公式失效。
分布參數(shù)系統(tǒng)的特點(diǎn)還在于這些分散元件并不是彼此無關(guān)的。具體來說，振膜上的每一點(diǎn)振動(dòng)都不相同，每一點(diǎn)振動(dòng)都有不同的振幅與相位，而每一點(diǎn)又相互影響。
還可以同我們熟悉的電子技術(shù)相比較，因此有了物流性能為大家所熟悉的電學(xué)元件(電阻、電感、電容、晶體管、集成電路......),以及大家所熟悉的電路原理，按電路圖可以裝配一個(gè)放大器，用這些元件不論是經(jīng)驗(yàn)豐富的工程師還是初出茅廬的中學(xué)生其差別是有限的。但是對(duì)于揚(yáng)聲器、音箱來說，就沒有那么簡(jiǎn)單。相同的單元組裝音箱，若經(jīng)驗(yàn)不同，可能有相當(dāng)大的差距。
(4)揚(yáng)聲器的評(píng)價(jià)不僅取決于眾多的客觀測(cè)試指標(biāo)，而且目前客觀測(cè)試指標(biāo)不能完全概括揚(yáng)聲器的質(zhì)量。
揚(yáng)聲器的客觀測(cè)試指標(biāo)有數(shù)10項(xiàng)之多，而且有增多的趨勢(shì)。大多數(shù)測(cè)量要求在消聲室內(nèi)進(jìn)行。盡管現(xiàn)在有了計(jì)算機(jī)輔助測(cè)量，但仍然代替不了消聲室的測(cè)量。
揚(yáng)聲器的主觀評(píng)價(jià)是不可缺失的，而主觀評(píng)價(jià)又帶有極大的離散性，它往往因人而異，因時(shí)而異，因地而異，因曲而異，并且自覺或不自覺地受到各種心理暗示的影響。評(píng)價(jià)的結(jié)果不僅取決于聆聽者的修養(yǎng)、素質(zhì)、心理狀態(tài)，而聲音本身是轉(zhuǎn)瞬即逝的，其難度高于其他需主觀評(píng)價(jià)的項(xiàng)目，比如評(píng)酒評(píng)茶等，它涉及心理聲學(xué)、生理聲學(xué)、環(huán)境聲學(xué)、音樂聲學(xué)、數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法等。
(5)揚(yáng)聲器制造工藝又涉及造紙、化工、粘合劑、金屬加工、磁體制造等許多工藝領(lǐng)域，提現(xiàn)了它的綜合性與多樣性。其中揚(yáng)聲器振膜材料的變化尤為重要，在幾何形狀不變的條件下僅僅改變振膜的材料，不僅客觀測(cè)試指標(biāo)會(huì)變，主觀音質(zhì)也會(huì)發(fā)生改變。
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