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                                音箱的基础知识
                                作者: 发布?#22868;?2014-09-15 浏览次数:609 本文来源:

                                音箱的结构组成


                                1、扬声器



                                扬声器有多种分类式:按其换能方式可分为电动式、电磁式、压电式、数字式等多种?#35805;?#25391;膜结构可分为单纸盆、复合纸盆、复合号筒、同轴等多种?#35805;?#25391;膜开头可分为锥盆式、球顶式、平板式、带式等多种?#35805;?#37325;放频可分为高频、中频、低频和全频带扬声器?#35805;?#30913;路形式可分为外磁式、内磁式、双磁路式和屏蔽式等多种?#35805;?#30913;路性质可分为铁氧体磁体、钕硼磁体、铝镍钴磁体扬声器?#35805;?#25391;膜材料可分纸质?#22836;?#32440;盆扬声器等。


                                A、电动式扬声器应用最广,它利用音圈与恒定磁场之间的相互作用力使振膜振动而发声。电动式的低音扬声器以锥盆式居多,中音扬声器多为锥盆式或球顶式,高音扬声器则以球顶式和带式、号筒式为常用。


                                B、锥盆式扬声器的结构简单,能量转换效?#24335;?#39640;。它使用的振膜材料以纸浆材料为主,或掺入羊毛、蚕丝、碳纤维等材料,以增加其刚性、内阻尼及防水等性能。新一代电动式锥盆扬声器使用了非纸质振膜材料,如聚丙烯、云母碳化聚丙烯、碳纤维纺织、防弹布、硬质铝箔、CD波纹、玻璃纤维等复合材料,性能进?#25945;?#39640;。


                                C、球顶式扬声器有软球顶和硬球顶之分。软球项扬声器的振膜彩蚕丝、丝绢、浸渍酚醛树脂的棉布、化?#24605;案?#21512;材料,其特点是重放音质柔美;硬球顶扬声器的振膜彩铝合金、钛合金及铍合金等材料,其特点是重放音质清脆。


                                D、号筒式扬声器的辐射方式与锥盆式扬声器不同,这是在振膜振动后,声音经过号筒再扩散出去。其特点是电声转换及辐射效?#24335;?#39640;、距离远、失真小,但重放频带及指向?#36234;?#31364;。


                                E、带式扬声器的音圈直接制作在整个振膜(铝合金聚酰?#21069;?#34180;膜等)上,音圈与振膜间直接耦合。音圈生产的交变磁场与恒磁场相互作用,使带式振膜振动而辐射出声波。其特点是响应速度快、失真小,重放音质细腻、层次感好。


                                2、箱体


                                箱体?#32654;?#28040;除扬声器单元的声短路,抑制其声共振,拓宽其频响范围,减少失真。音箱的箱体外形结构有书架式和落地式之分,还有立式和卧式之分。箱体内部结构又有密闭式、倒相式、带通式、空纸盆式、迷宫式、对称驱动式和号筒式等多?#20013;?#24335;,使用最多的是密闭式、倒相式和带通式。


                                落地音箱属大型音箱,箱体高度在750MM以上,书架音箱的箱体高度在750MM以下,450MM~750MM之间的为中型书架音箱,450MM以下的为小型书架音箱。



                                3、分频器


                                分频器有功率分频和电子分频器之分,主要作用均是频带分割、幅频特性与相频特性校正、阻?#20849;?#20607;与衰减等作用。


                                功率分频器也称无?#35789;?#21518;级分频器,是在功率功放之后进行分频的。它主要由电?#23567;?#30005;阻、电容等无源组件组成滤波器网络,把各频段的音频信号分别送到相应频段的扬声器中去重放。其特点是制作成本低,结构简单,适合业余制作,但插入损耗大、效率低、瞬态特?#36234;?#24046;。


                                电子分频器也称有?#35789;?#21069;级分频器,是由各种阻容组件与晶体管或集成电路等有源器件组成,它昌置于前置放大器和功率放大器信号线?#20998;?#30340;一种模拟电子滤波器,能把前置放大器输出的音频信号分成不同频段后,再送入功率放大器进行放大处理。其特点是各频段频谱平衡,相互干扰小,输出动态范围大,本身有一定的放大能力,插入损耗小。但电路构成要相对复杂一些。


                                分频器按分频频段可分二分频、三分频和四分频。二分频是将音频信号的整个频带划分为高频和低频两个频段;三分频是将整个频带划分成高频、中频和低频三个频段;四分频将三分频多划分出一个超低频段。


                                分频点与分频斜率是直接影响分频?#20998;?#20998;频频率(交频率)。

                                分频点是指两个相邻扬声器(如二分频中的高音与低音,三分频中的高音与中音,中音与低音)的频响曲线在某一频率?#31995;?#30456;交点,通常为两个扬声器中功率输出的?#35805;?#22788;(即-3dB点)的频率,要根据音箱和每个扬声器的频率特?#38498;?#22833;真度等参数决定。通常二分频分频器的分频点取1KHZ~3KHZ之间,三分频取250HZ~1KHZ和5KHZ两个分频点。

                                分频斜率(也称滤波器的衰减斜率)?#32654;?#21453;映分频点以下频响曲线的下降斜率,用分贝/倍频程(dB/oct)来表示。它有一阶(6 dB/oct)、二阶(12 dB/oct)、三阶(18 dB/oct)和四阶(24 dB/oct)之分,阶数越高,分频点后的频率曲线斜?#31034;?#36234;大。较常用的是二阶分频斜率。高阶分频器可增?#26377;?#29575;,但相移位大;低阶分频吕能产生较平缓的斜率和很好的瞬态响应,但幅频特?#36234;?#24046;。决定高、低音滤波的阶数主要应考虑到扬声器本身在分频点处相位的良好衔接问题。



                                音箱的分类


                                音箱的外形五花八门,常见的大多是长方形,对箱体结构主要有密闭箱、反射箱、传输线、无源辐射器、耦合腔和号筒等几类。


                                1、密闭式音箱(Closed Enclosure)是结构最简单的扬声器系统,1923提由Frederick提出,由扬声器单元装在一个全密封箱体内构成。它能将扬声器的前向辐射声波和后向辐射声波完全隔离,但由于密闭式箱体的存在,增加了扬声器运动质量产生共振的刚性,使扬声器的最低共振频率上升。密闭式音箱的声色有些深沉,但低音分析力好,使用普通硬折环扬声器时,为了得到满意的低音重放,需要采用容积大的大型箱体,新式的密闭音箱大多选用Q值适当的高顺性扬声器。利用封闭在箱体中的压缩空气质量的弹性作用,尽管扬声器装在较小的箱体中,锥盆后面的气垫会对锥盆施加反动力,所以这?#20013;?#22411;密闭式音箱也称气垫式音箱。


                                2、低音反射式音箱(Bass-Reflex Enclosure)也?#39057;?#30456;式音箱(Acoustical Phase Inverter),1930年由Thuras发明。在它的负载中有一个出声口开孔在箱体一个面板上,开孔位置和形状有多种,但大多数在孔内还装有声导管。箱体的内容积和声导管孔的关系,根据兹共振原理,在?#31243;?#23450;频率产生共振,?#21697;?#20849;振频率。扬声器后向辐射的声波经导管倒相后,由出声口辐射到前方,与扬声器前向辐射声波进行同相叠加,它能提供比密闭式更宽的带宽,具有更高的灵敏度,较小的失真。理想状态上,低频重放频率的下限可比扬声器共振频低20%之多。这种音箱?#23186;?#23567;箱体就能重放出丰富的低音,是目前应用最为广泛的类型。


                                3、声阻式音箱(Acoustic resistance Enclosure)实质上是一种倒相式音箱的变形,它以吸声材料或结?#22266;?#20805;在出声口导管内,作为半密闭箱控?#39057;?#30456;作用,使之缓冲,?#36234;檔头?#20849;振频率来展宽低音重放频段。


                                4、传输线式音箱(Labyrinth Enclosure)是以古典电气理论的传输线命名的,在扬声器背后设有用吸声性壁板做成的声导管,其长度是所需提升低频声音波长的1/4或1/8。理论上它衰减由锥盆后面来的声波,?#20048;?#20854;反射到开口端而影响低音扬声器的声辐射,但?#23548;?#19978;传输线式音箱具有轻度阻尼和调谐作用,增加了扬声器在共振频率附近或以下的声输出,并在增强低音输出的同?#22868;?#23567;冲程量。通常这种音箱的声导管大多叠呈迷宫状,所以也称迷宫式或曲径式。


                                5、无?#35789;?#36752;射式音箱(Drone Cone Enclosure)是低音反射式音箱的分支,又?#29942;?#32440;盆式音箱,是1954年美国的Olson和Preston发表的,它的开孔出声口由一个没有磁路和音圈的空纸盆(无源锥盆)取代,无源锥盆振动产生的辐射与扬声器向前辐射声处于同相工作状态,利用箱体内空气和无源锥盆支撑组件共同构成的复合声顺和无源锥盆质量形成谐振,增强低音。这种音箱的主要优点是避免了反射出声孔产生的不稳定的声音,?#35789;?#23481;积不大也能获得良好的声辐射效果,所以灵敏度高,可有效地减小扬声器工作辐度,驻波影响小,声音清晰透明。


                                6、耦合腔式音箱是介于密闭式和低音反射式之间的一种箱体结构,1953年美国的Henry Lang发表,它的输出由锥盆一边所驱动的出声孔输出,锥盆另一边则与一闭箱耦合。这种音箱的优点为低频时扬声器所推动的空气量大大增加,由于耦合腔是个调谐系统,在锥盆运动受限制时,出声口输出不超过单?#38647;?#30406;的声输出,展阔了低频重放范围,所以失真减小,承受功率增大。1969年日本Lo-d的河岛幸彦发表的A·S·W(Acoustic Super Woofer)音箱就是一种耦合腔式音箱,?#35270;?#29992;小口径长冲程扬声器不失真重放低音。


                                7、号筒式音箱(Horn type Enclosure)对家用型来讲,多采用折叠号筒(Folded Horn)形式,它的号筒喇叭口在口部与较大空气负载耦合,驱动端?#26412;?#24456;小,这种音箱的背面是全密封,箱腔内的压力都多在扬声器锥盆的背面上。为保锥盆前后压力保?#21046;?#34913;,倒相号筒装置于扬声器前面。折叠号筒音箱是倒相式音箱的派生,其声响效果优于密闭式音箱的?#35805;?#20302;音反射式音箱。



                                扬声器的种类


                                1、低频扬声器——对于各种不同的音箱,低频扬声器的?#20998;?#22240;素—Q0值的要求是不同。对闭箱和倒相箱来说,Q0值?#35805;?#22312;0.3~0.6之间最好。?#35805;?#26469;说,低频扬声器的口径、磁体和音圈?#26412;对?#22823;,低频重放性能、瞬态特性就越好,灵敏度也就越高。

                                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、防弹布振膜、玻璃纤维振膜、丙烯振膜、纸振膜等等。采用铝合金振膜、玻璃纤维振膜的低音单元?#35805;?#21475;径比较小,承受功?#26102;?#36739;大,而采?#20204;?#21270;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。


                                2、中频扬声器——?#35805;?#26469;说,中频扬声器只要频率响应曲线?#25945;梗?#26377;效频响范围大于它在系统中担负的放声频带的宽度,阻抗与灵敏度和低频单元一致即可。有时中音的功率容量?#36824;唬部?#36873;择灵敏度较高,而阻抗高于低音单元的中音,从而减少中音单元的?#23548;?#36755;入功率。

                                中音单元?#35805;?#26377;锥盆和球顶两种。只?#36824;?#23427;的尺寸?#32479;?#21463;功?#35782;?#27604;高音单元大而适合于播放中音频而?#36873;?#20013;音单元的振膜以纸盆和绢膜等软性物质为主,偶尔也有少量的合金球顶振膜。


                                3、高频扬声器——高音单元顾名?#23478;?#26159;为了回放高频声音的扬声器单元。其结构形式主要有号解式、锥盆式、球顶式和铝带式等?#22797;?#31867;。


                                A、号角式高音单元由于指向性强,在号角正面能听到强大的商音,多用于大功率的扩声、会议音箱和一少部分的监听音箱。


                                B、锥盆式高音单元由于振膜面积过大、过重,高频特性不如其它类型的高音单元,?#35782;?#22810;见于老式音箱上,近年来已逐步被淘汰。


                                C、球项式高音单元是目前在家用音箱和小型监听音箱中最常用的高音单元。球顶式高音单元从球顶结构上分,可分为正球顶单元?#22836;?#29699;顶单元;从球顶材料上分,又分为硬球顶和软球顶两大类。


                                D、硬球顶高音的振膜材料有铝合金、钛合金、镁合金、钛合金复合膜、玻璃膜、钻石膜等数种。硬球顶高音单元所回放的高音,音色明亮,具有金属?#23567;?#36866;合播放流行音乐、电影音乐及效果音乐。制作优秀的铝合金、钛合金复合膜球顶高音,也能较好地表现古典音乐及人声。


                                E、软球顶高音的振膜材料有绢膜、蚕线膜、橡胶膜?#22836;?#24377;布膜等数种。软球顶高音单元重播音乐时的高音灵巧、松弛,具有很好的自然表现力。在表现古典音乐、人声等具有标准听音概念的音乐时,尤为得心应手。尤其是近年来的绢膜、丝膜球项高音,其回放上限频率已达到40KHZ。从理论上讲,高音单元的上限频?#25163;?#23569;要达到20KHZ,越高越好。但高频上限优秀的单元,其价格也要贵一些。


                                F、正球项单元在播放音乐时,其水平扩散角度要大一些;反球项高音单元在播放音乐时,水平辐射角较小,但音色较纯,承受功率也较大。


                                如果你是一?#36824;?#20856;音乐爱好者,又对回放时撞色要求很?#32454;瘢?#20320;不妨选择绢膜等软球项高音单元。如果你的音箱在使用中还要兼?#19997;?#25289;OK?#31570;?#25918;电影,选择硬球顶单元会好一些。当然这并不是绝对的,因为音箱的回放音色,除与反选用的单元有关外,还与分频器的设计,箱体的制造等诸多因素有关。


                                扬声器与功放的适当搭配


                                选择一款扬声器与你的功放配搭有几点需要注意,首先?#24615;?#21151;率能力,有人说这点很简单,扬声器的?#24615;?#21147;与功放输出功率相等相可。不错,但也不是这样简单,需知道一部小功率功放在其他条件配合下一样可驱动?#24615;?#21147;大扬声器产生充足的音量,例如扬声器灵敏度高和阻?#22266;?#24615;容易负荷,号角式扬声器即具有这种特性。它们有能力负载大功率,但灵敏度可高至96dB/w/m的扬声器比较,所需的驱动功?#25163;?#26377;它的几分之一。


                                相反,大功率功放适当使用下亦可配搭?#24615;?#21147;较小的扬声器,这点虽然有悖于常理,但只要小心控制音量并无问题。例如用一部每边100W的功放配搭?#24615;?#21147;只有50W的扬声器以正常音量聆听不会有危险,反而大功率机可避免发生削波,更增加工作的安全性。


                                ?#23548;?#19978;使用小功率功放驱动?#24615;?#21147;较大的扬声器并?#35805;?#20840;,这点大出?#35805;?#21021;入门的发烧友意料之外。因为小功率机当回放大能量的音乐讯号时供电器供不应求导致超出额定功率时产生削波,这时会出现大量失真,对扬声器大有威?#29627;?#20005;重时可烧毁喇叭音圈。


                                扬声器的阻?#22266;?#24615;是另一值?#27599;?#34385;的一点,扬声器的阻抗分为电阻?#38498;?#30005;容性两种,电阻性表示在整个频域中阻抗变化大,甚?#36824;?#21017;。我们首先需要知道,扬声器的阻抗是根据频率改变,在产品规格上印着的阻抗只是厂方给予的额定阻抗,或者是平均值,?#23548;?#19978;在整个频域内的阻抗可描绘成一条不?#32454;?#21464;的曲线,观察这条曲线才能清楚了解阻抗的变化。一个8ohm阻抗的扬声器在某些频率可能低于4ohm,或高至20ohm,这样的变化十分普遍不足为奇。?#35805;?#38899;箱的电动扬声器阻抗变化不太大,额定阻抗通常为4ohm至8ohm,静电和平面扬声器的阻抗变化较大,尤其是静电式,它的阻抗变化十分剧烈,有时低至1ohm以下,给予功放一种电抗性负荷,低电流功难以胜任。


                                现在的功放大多数都适合4或8ohm抗负荷,具有大电流能力的功放才能负荷4ohm以下阻抗,负荷阻抗?#31995;?#21487;以输出较高的功率,例如一部功放在8?#32442;?#36127;荷时额定输出功率为50瓦,4?#32442;?#36127;荷时最佳应为100瓦,但不能无限制降低负荷阻抗,到某一点?#22868;?#36229;出这部机器的负荷能力,假如你有一部大电流输出能力的功放,可以选择8?#32442;?#20197;下阻抗的扬声器,否则最好使用8?#32442;?#25110;最多低至4?#32442;?#30340;扬声器才安全。


                                一个设计理想的扬声器应该收听各种音乐都适合,这种扬声器没有本身的音色,只是忠实回放录音,对原音不增加亦不减少,这就是所谓的中性声音,但真正做到中性声音的扬声器甚少。


                                理论上,扬声器频应平直曲线愈平直愈佳,但?#23548;?#19978;一个频应平直曲线的扬声器未必动听。我们可以见到大多数扬声器的测量频应曲线在某些频?#35782;?#26377;起伏,不同的扬声器频应曲线均不相同,这也就形成了声音的分别。两款扬声器如分音点不同,?#35789;?#20854;他全一样,声音亦有分别。


                                选择扬声器之前这些问题应考虑。房间大小与环?#24120;?#19982;功放的匹配,甚至外?#25105;?#25104;为选择重点。


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