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扬声器发展历程及应用全解析

电动式扬声器

电动式扬声器是Ernst W. Siemens (Siemens & Halske公司创始人)于1874年1月20日申请的扬声器原型专利。此种扬声器是让带支撑系统的音圈处于磁场中，以便使振动系统保持轴向运动。单自由度振动系统（扬声器单元***简化的模型）在共振频率f0以下工作在弹性控制区，振动位移与频率无关。当时主要用于继电器而不是扬声器领域。1877年12月14日， Siemens申请了号筒专利，在一个移动的音圈上面附着一个羊皮纸作为声音辐射器，羊皮纸可以制成指数型锥体形状，这是 一个留声机时代的号筒实型。

1898年，英国Oliver Lodge爵士进一步依照电话传声筒的原理发明了锥盆喇叭，与我们所熟悉的现代喇叭十分类似，这个发明决定了现在99%的现代动圈扬声器的结构Lodge爵士称为“咆哮的电话”。音频电能通过电磁，压电或静电效应，使其纸盆或膜片振动并与周围的空气产生共振（共鸣）而发出声音,扬声器分为内置扬声器和外置扬声器，而外置扬声器即一般所指的音箱。不过这个发明却无法运用，因为直到1906年Lee De Forest才发明了三极真空管，而制成可用的扩大机又是好几年以后的事，所以锥盆喇叭要到1930年代才逐渐普及起来。

又过了整整25年，20世纪20年代，无线电广播出现。C. W. Rice 和E. W. Kellogg发表了划时代的文章“新型非号筒式单元”，详细介绍了直接辐射式扬声器，利用这个理论设计的Radiola 104音箱风靡美国。

在过去的几十年间，电动式扬声器的基本原理没有变化，只是改进了设计细节及零件。频响范围动态范围等方面较老产品有了长足的发展。电动式扬声器以结构简单，音质高，成本低，动态大已经成为目前市场主流。

蜂鸣片的构成、原理与辨别

蜂鸣片也叫压电陶瓷蜂鸣片，是压电陶瓷中应用广的产品之一。蜂鸣片是压电蜂鸣器的主要部件。

蜂鸣片的构成

蜂鸣片由锆钛酸铅或铌镁酸铅压电陶瓷材料制成。在陶瓷片的两面镀上银电极，经极化和老化处理后，再与黄铜片或不锈钢片粘在一起。

蜂鸣片的原理

蜂鸣片是利用压电效应原理工作的，当对其施加交变电压时它会产生机械振动；反之，对其施加机械作用力时它也会产生电压信号。因此，可以将压电陶瓷蜂鸣片变通作为振动传感器使用。任何系统的***终音质都要完全依赖于扬声器再现上行部分提供的优x秀音频的能力。压电陶瓷蜂鸣片受到机械作用力时产生的电压信号很微弱，作振动传感器使用一般应连接电压放大器。

蜂鸣片的质量辨别

用机械万用表可以方便的检测蜂鸣片的好坏，方法是：

将万用表拨至25V档，左手拇指与食指轻轻捏住蜂鸣片的两面，右手持两只表笔，红笔接近薯片，黑笔横放在蜂鸣片的表面，然后左手拇指与食指用力压紧一下，随即放松，蜂鸣片上就先后产生两个极性相反的电压信号，使指针向右摆-回零-向左摆-回零，摆幅约0.1~0.15V。扬声器是一种非常常见的器件，它在电视，多媒体音箱，手机，收音机等需要还原声音的场合负责把电信号转换成声音。若交换表笔位置后重新试验，指针摆动的顺序为向左摆-回零-向右摆-回零。在压力相同的情况下，指针摆幅愈大，蜂鸣片的灵敏度越高，若指针不动，说明蜂鸣片内部漏电或受损。

低频扬声器的详细介绍

对于各种不同的音箱，对低频扬声器的品质因素——Q0值的要求是不同。对闭箱和倒相箱来说，Q0值一般在0.3~0.6之间***好。一般来说，低频扬声器的口径、磁体和音圈直径越大，低频重放性能、瞬态特性就越好，灵敏度也就越高。因此，号角/单元的安装大大提高了效率，只需要几瓦的输入就能提供整个房间的响度。低音单元的结构形式多为锥盆式，也有少量的为平板式。

低音单元的振膜种类繁多，有铝合金振膜、铝镁合金振膜、陶瓷振膜、碳纤维振膜、防f弹布振膜、玻璃纤维振膜、丙x烯振膜、纸振膜等等。采用铝合金振膜、玻璃纤维振膜的低音单元一般口径比较小，承受功率比较大，而采用强化纸盆、玻璃纤维振膜的低音单元重播音乐时的音色较准确，整体平衡度不错。而线性失真则表现为生出来的孩子能有20KG或者20两，虽然本质没有发生变化，但是比例和正常的不一致，音质发生变化。

扬声器单元的品质因数是设计和和制作音箱前必须了解的一个很重要的参数。在扬声器单元的阻抗特性曲线上它表示，阻抗曲线在谐振频率处阻抗峰的尖锐程度，它在一定的程度上反映了扬声器振动系统的阻尼状态，简称Q0值，扬声器单元的品质因数越高，谐振频率就越难控制。1、从工作原理上分：炭精粒式、电磁式、电容式、驻极体电容式（以下介绍以驻极体式为主）、压电晶体式、压电陶瓷式、二氧化硅式等。

扬声器的低频特性通常由扬声器单元的品质因数值和谐振频率决定，其中品质因数的大小与扬声器单元在谐振频率处输出的声压有关。Q0值过低时扬声器的输出声压还没有到F0处时就迅速的下降，扬声器处于过阻尼状态，造成低频衰减过大。

Q0值过高时扬声器处于欠阻尼状态，低频得到过份的加强。Q0值越大峰值越陡。因此我们说扬声器的品质因数即不能过高也不能过低，通常我们取它的临界阻尼值Q0等于0。5—0。7作为***佳的取值范围。

高频扬声器技术

现在的扬声器大多是电动式扬声器，其上限频率很难达到20ＫＨＺ，我们先看一看电动扬声器的受力情况，音圈推动纸盘的力为Ｆ，Ｆ可分解为纵向力Ｆｅ和横向力Ｆｔ，由于Ｆｔ的存在使纸盘锥面产生交变弯曲运动，从而使纸盘产生横向振动而形成驻波，驻波使扬声器的频率特性在高频段产生起伏变化，特性曲线就不够均匀了．要克服此缺点，就是设法减轻纸盘的重量（减少惯性，从而削弱横向振动）和提高纸盘的硬度（减少Ｆｔ对纸盘所造成的弯曲）．

为此人们对高频扬声器的纸盘作了很多改进措施，如用金属钹制作纸盘，这种纸盘不仅硬而且轻．另外硼的硬度和弹性系数都很高，是制作纸盘的好材料，先用钛制作成１０－－２０微米厚的纸盘基体，然后将基体置于真空中，在2500度Ｃ的高温下，用强电子束轰击硼，使其蒸发后沉积在钛基体表面，这样制作出的扬声器其上限频率可达36ＫＨＺ．

要想进一步提高扬声器的上限频率，就要从结构上进行改造了．有一种上限频率达50ＫＨＺ的扬声器采用的是一种带式结构，如图2所示．6条永y久磁体分成两组构成磁路系统，振动膜由7－－8微米厚的高分子膜制成，质轻柔软，振膜上面附着10微米厚的铝质带状音圈．当电流流过音圈时，根据电流的方向不同，音膜将产生Ｆ＋和Ｆ－的力，完全不存在横向力的问题．由于膜片质量很轻，膜片的运动几乎没有惯性，所以扬声器频率响应特别好．