揚聲器是如何發聲的？

揚聲器1的工作原理。揚聲器(speaker)壹詞，俗稱喇叭；1993發表的電聲歌詞指出，揚聲器是壹種電聲換能器，能將電信號轉換成聲信號，並輻射到空氣中。據相關資料顯示，揚聲器最早發明於1877年，德國人(E.W.Scimens)獲得了揚聲器原型的專利。他首先提出了壹種由置於徑向磁場中的圓形線圈組成的電結構。1924年，美國人C.W.Rice和E.W.Kollogg發明了電動揚聲器。二、音箱易響難精。全世界每年生產數以億計的揚聲器。它們廣泛應用於通信、廣播、教育、日常生活等領域。和布帛、小米、小米壹樣，成為了人們離不開的東西。對於我們從事音箱設計制造的技術人員來說，需要對音箱的理論、實踐、技術有壹個深入、系統、全面的了解。有人說音箱簡單，但這是個小技巧，誰都能出音箱。這不能說完全沒有道理。聲學是個小學科，音箱是個小設備。不過十幾到幾十個元器件的生產門檻確實不高，但問題的另壹面是音箱不好做。揚聲器是壹種電聲器件，是電聲研究的內容之壹。電聲學是壹門包括電子學、聲學、電磁學和磁學的交叉學科。揚聲器雖然只有幾十個部件，但其復雜程度遠遠超出我們的想象。這是因為:(1)音箱的能量轉換層次多，反饋多。通常遇到的裝置能量轉換只有壹次。例如，電動機將電能轉化為機械能。發電機將機械能轉化為電能。電燈把電能轉換成光能。電池將化學能轉化為電能。這裏發生的只是壹種能量到另壹種能量的轉換。而揚聲器就不壹樣了，它把電能轉化為機械能，再把機械能轉化為電能，這在各種換能器中並不常見。其多層次、多反饋自然帶來了系統的復雜性和多樣性。壹個揚聲器系統中同時存在電氣部分、聲學部分、能量和機械部分(機械振動部分)。(2)揚聲器的工作狀態不僅是靜止的，而且是振動的，是在三維空間中。這種三維振動系統邊界條件多，其振動分析極其復雜，壹般的數學工具是不夠的。荷蘭學者Frankort推導的錐微分方程是壹個14變量的聯立壹階微分方程，揚聲器的振動也與頻率和時間有關。其實是在多維空間裏。(3)揚聲器振動系統僅在低頻區域是集總參數系統。當頻率升高時，振動系統不再是剛體。在分析揚聲器時，常采用等效電路法，將揚聲器視為由集中參數組成的等效電路。因為我們熟悉電路理論，所以用電路理論分析音箱會得心應手。在分析揚聲器的振動時，假設揚聲器為剛體，便於分析。但上述假設只適用於低音頻段。當頻率升高時，揚聲器不再是集總參數元件，揚聲器振膜不再是剛體，振膜會以分裂模式振動。因此，在高頻段，由剛體振動假設導出的分析是無效的，由等效電路導出的公式也是無效的。分布參數系統的特征還在於這些分散的元素不是相互獨立的。具體來說，振膜上每壹點的振動都不壹樣，每壹點的振幅和相位都不壹樣，每壹點都相互影響。也可以和大家熟悉的電子技術相提並論。因為熟悉的電器元件(電阻、電感、電容、晶體管、集成電路等。)和熟悉的電路原理，壹個放大器可以根據電路圖組裝，使用這些元件的區別無論是有經驗的工程師還是初出茅廬的中學生都是有限的。但是對於音箱和音箱，就沒那麽簡單了。如果同壹個單元組裝成壹個音箱，體驗不壹樣的話可能會有相當大的差距。(4)揚聲器的評價不僅取決於眾多的客觀測試指標，而且目前的客觀測試指標也不能完全概括揚聲器的好壞。揚聲器客觀測試指標多達10項，且有增加趨勢。大多數測量都需要在消聲室中進行。雖然現在有了計算機輔助測量，但仍然不能代替消聲室的測量。演講者的主觀評價是必不可少的，而且是很離散的。往往因人而異，因時而異，因地而異，因歌而異，自覺不自覺地受到各種心理暗示的影響。評價的結果不僅取決於聽者的修養、素質和心理狀態，聲音本身稍縱即逝，其難度高於其他需要主觀評價的項目，如酒評、茶評等，涉及心理聲學、生理聲學、環境聲學、音樂聲學和數理統計方法。(5)揚聲器制造技術涉及造紙、化工、粘合劑、金屬加工、磁體制造等多個技術領域，體現了其綜合性和多樣性。其中，揚聲器振膜材料的變化尤為重要。僅在幾何形狀不變的情況下改變振膜材料，不僅會改變客觀測試指標，也會改變主觀音質。因為以上五個方面給電聲工作者帶來了許多令人費解的話題，也給音箱技術增添了迷人的色彩。揚聲器技術是為數不多的能把藝術與技術、趣味與科學結合起來的技術。也是古代聲學與現代電子學相結合的產物；是壹項發展空間廣闊，與億萬人聯系緊密的技術。努力發展揚聲器技術是壹種高尚而有益的貢獻。3.說話人分類方法有很多種。今天介紹三種分類方法:(1)直接輻射揚聲器喇叭揚聲器耳機海爾揚聲器按輻射方式分類；(2)高保真(家用)揚聲器監聽揚聲器的分類；擴音用揚聲器；樂器揚聲器；電影用揚聲器；收音機；電視；用於記錄器報警的揚聲器；水下用揚聲器；船舶和汽車用揚聲器(三)電動揚聲器按工作原理分類電磁揚聲器靜電揚聲器壓電揚聲器離子揚聲器火焰揚聲器氣流調制揚聲器磁失真揚聲器四。磁電轉換法拉第不僅發現了電磁感應現象，還總結了電磁感應的相同規律。1)當通過導體回路周圍區域的磁通量隨時間變化時，回路中產生感應電動勢，從而產生感應電流。這種磁通量的變化可以由磁場的變化引起，也可以由導體回路在磁場中的運動或導體回路的壹部分切割磁力線的運動引起。2)感應電動勢的大小與磁通變化的速度有關，或者說與磁通隨時間變化的速率成正比。總之，電磁感應現象的本質是磁通量的變化產生感應電動勢。3)感應電動勢的方向總是試圖通過其產生的感應電流建立壹個附加磁通量，從而阻礙引起感應電動勢的磁通量的變化。1845年，法拉第的實驗定律被F . E.Neumamn等人寫成了數學形式。如果磁通量的變化率以韋伯/秒為單位，感應電動勢的單位以伏特為單位，法拉第實驗定律可以用數學公式表示為ε =-D φ/dt。這個方程叫做法拉第電磁感應定律。關於法拉第電磁感應定律，我要特別強調以下幾點:1以來導體回路中之所以會產生感應電流，是因為感應電動勢是由電磁感應在回路中建立起來的，它比感應電流更本質。即使由於回路中的電阻無窮大，電流為零，感應電動勢仍然存在。即使回路不閉合，也能在壹段導體中產生感應電動勢。2)回路中感應電動勢產生的原因是通過回路所包圍平面的磁通量的變化，而不是磁通量本身。即使通過回路平面的磁通量很大，只要不隨時間變化，回路中也不會產生感應電動勢。3)關於法拉第電磁感應定律中“-”號的物理意義，這裏的負號表示感應電動勢的方向始終是這樣的:它引起的感應電流產生的磁場穿過回路的磁通量，阻礙了引起感應電流的磁通量的變化。電動勢的方向:指定電源負極到正極的電動勢方向是客觀事實。但當電源接入電路時，電動勢ε記錄為“正”還是“負”，取決於所選電路的旁路方向。如果迂回方向與電動勢ε方向壹致，電動勢記為“+ε”，如果迂回方向與電動勢ε方向相反，電動勢記為“-ε”。五、電動揚聲器的工作原理電動揚聲器也叫動圈式揚聲器(如圖1)；它是壹種應用電動力學原理的電聲換能器。是目前應用最廣泛的音箱。主要原因有三:(1)電動音箱結構簡單，易於生產，不需要大空間，導致其價格低廉，可以廣泛推廣。(2)這種揚聲器在中頻段可以達到優良的性能和均勻的頻率響應。(3)這種揚聲器在不斷改進。揚聲器幾十年的發展史，就是揚聲器設計、技術、材料不斷進步的歷史，就是性能與時俱進的歷史。電動音箱的形狀多為圓錐形、圓頂形；錐形揚聲器的結構如圖所示。錐形揚聲器的結構可分為三部分:1 >；振動系統包括振膜、音圈、定心支架、防塵罩等。2 & gt磁路系統包括磁性上板、磁性柱、磁性下板、磁體等。3 & gt輔助系統包括盆架、壓邊圈、接線架和相位擋塊。根據法拉第定律，載流導體通過磁場時，會受到電動勢，電動勢的方向符合弗萊明左手定則(如圖2.3)。力與電流和磁場方向垂直，力與電流、導線長度和磁通密度成正比。當音圈輸入交變音頻電流時，音圈被交變驅動力驅動產生交變運動，帶動紙盆振動，反復推動空氣產生聲音。導致電動揚聲器振膜振動的力是載流導體上的磁場力。這種效應稱為電換能器的力效應，其大小由以下公式指定:F=B L i其中:B是磁隙中的磁感應密度(強度)，其單位為n/(a.m)也稱為特斯拉(T)L是音圈導線的長度，單位:米I是流過音圈的電流，單位:安培F是磁場對音圈的作用力，單位:牛頓。但音圈通電時會切割磁隙中的磁力線，在音圈中產生感應電動勢。這種效應稱為電換能器的電效應，感應電動勢的大小為е = в i .六、其他揚聲器的工作原理:磁性揚聲器:又稱“簧片揚聲器”，其結構如圖4所示，在永磁體的兩極之間有壹個帶有可動鐵芯的電磁鐵，當電磁鐵的線圈中沒有電流時，可動鐵芯被永磁體兩極的吸引力吸引，在中心保持靜止；當電流在線圈中流動時，可動鐵芯被磁化，成為條形磁鐵。隨著電流方向的改變，條形磁鐵的極性也隨之改變，使動鐵芯繞支點轉動，動鐵芯的振動從懸臂傳遞到振膜(紙盆)推動空氣熱振動。〈 2 〉靜電揚聲器:是壹種靠施加在電容極板上的靜電力來工作的揚聲器。就其結構而言，因為正負極相對，所以也叫電容揚聲器。如圖，有兩塊厚而硬的板作為固定板，其中壹塊板可以傳遞聲音，中間那塊板用輕薄的材料作為振膜(比如鋁膜)。固定並擰緊振膜外圍，使其與定極保持壹定距離，即使在大振膜上，也不會與定極發生碰撞。如圖5所示，在兩個電極之間存在DC電壓(稱為偏置電壓)。如果將放大器輸出的音頻電壓加在兩個電極之間，就會與原來的輸出電壓疊加，形成交變的脈動電壓，這種電壓是由兩個電極之間吸引力的變化產生的，振膜振動產生聲音。靜電音箱的優點是整個振膜同相振動，振膜輕，失真小，聲音可以回放得非常清脆，分辨率好，細節清晰，聲音逼真。它的缺點是效率低，DC高壓供電，容易吸塵，振膜變形增大，不適合聽搖滾和重金屬音樂，而且比較貴。(3)壓電揚聲器:利用壓電材料的逆壓電效應工作的揚聲器稱為壓電揚聲器(如圖6)。電介質(如應時、酒石酸鉀鈉等。)在壓力下極化，導致兩端面產生電位差，稱為“壓電效應”。其逆效應，即置於電場中的電介質會發生彈性變形，稱為“逆壓電效應”或“電致伸縮”。與電動揚聲器相比，壓電揚聲器不需要磁路，與靜電揚聲器相比，結構簡單，價格低廉，但缺點是失真大，工作不穩定。〈 4 〉離子揚聲器:壹般來說，空氣的分子量是中性的，不帶電。但經過高壓放電後，就變成了帶電粒子，這叫電離。當電離空氣被音頻電壓振動時，產生聲波，這就是離子音箱的原理(如圖7a)。為了電離，施加20MHz的高頻電壓，在上面疊加壓電音頻信號。從(圖7d)可以看出，離子揚聲器由高頻振蕩部分、音頻信號調制部分、放電腔和喇叭組成。在放電室中，直徑為8mm的應時棒在中心開口形成石英管，壹個電極插入其中，另壹個電極(如圖7b所示)呈圓柱形套在石英管外。由於無聲放電，只有中心的針狀電極磨損，所以可以定期更換中心電極。離子音箱和其他音箱不同的是沒有振膜，所以瞬態特性和高頻特性都不錯，但是結構太復雜。〈 5 〉火焰揚聲器:如圖8所示，當空氣和燃氣燃燒的火焰通過電極時，向電極施加DC電壓和高頻信號，火焰被音頻信號調制產生聲音。火焰幾乎沒有質量，聲音非常動態。但是它有致命的缺點:不安全，不方便。〈氣流調制揚聲器:又稱氣流揚聲器(如圖9)。它是壹種以壓縮空氣為能源，利用音頻電流調制氣流產生聲音的揚聲器。它由氣室、調節閥、喇叭和磁路組成。壓縮氣流從氣室經過閥門，被外部音頻信號調制，使氣流的波動根據外部音頻信號變化，調制後的氣流通過喇叭耦合，提高系統效率。主要用作高強度噪聲環境測試或遠距離廣播的聲源。↓7↓磁性扭曲的音箱。這是壹種特殊的強磁鐵，在磁場的作用下可以振動發聲】