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四张动图带你看懂音箱的工作原理

硬件 2017-01-20 09:21 来源:硬件十万个为什么 作者:应龙

四张动图带你走进音箱内部,了解它的工作原理。美中不足在于图全是英文的,万幸之处在于只要了解大概过程是电→磁→活塞运动→耳膜感受,也就能看懂个八九不离十了。  

看原因在这里音箱到底怎么发声的


要知道音箱发声的原理,我们首先需要了解声音的传播途径。声音的传播需要介质(真空不能传声);声间要靠一切气体,液体、固体作媒介传播出去,这些作为传播媒介的物质称为介质。就好比水波,你往平静的水面上抛一个石子,水面就有波浪,再由对岸传播到4周;声波也是这样形成的。声波的频率在20——20,000Hz范围内,能够被人耳听到;低于或高于这个范围,人耳都听不到。

水波与声波的传播方式是一样的,通过介质的传播,人耳才能听到声音


声波可以在气体、固体、液体中传播

下面在来说说喇叭的工作原理。喇叭是把电信号转换为声信号的一种装置,它由线圈、磁铁、纸盆等组成。由放大器输出大小不等的电流(交流电)通过线圈在磁场的作用下使线圈移动,线圈连接在纸盆上带动纸盆震动,再由纸盆的震动推动空气,从而发出声音。


喇叭的结构


喇叭的发声原理

当喇叭接收到由音源设备输出的电信号时,电流会通过喇叭上的线圈,并产生磁场反应。而通过线圈的电流是交变电流,它的正负极是不断变化的;正极和负极相遇会相互吸引,线圈受到喇叭上磁铁的吸引向后(箱体内)运动;正极和正极相遇则相互排斥,线圈向外(箱体外)运动。这一收一扩的节奏会产生声波和气流,并发出声音,它和我们讲话的喉咙振动是同样的效果。


频率响应曲线SPL vs Freq

人耳所能听到的频率范围为20Hz─20KHz,(<20Hz称为次声,>20KHz称为超声 )图标纵坐标─表示声压级,单位是dB。图标横坐标─表示频率,单位是Hz。

图标左侧为低音单体频响曲线,右侧为高音单体,包含左右的是音箱。从频响曲线可以知道几个重要参数:

特性灵敏度(SPL):以一瓦电功率,在一米距离处所测得的声压,并由频响曲线取四个点所得平均值即为平均音压。

有效频率范围(F0~20KHz):可由SPL-10 dB,这样一条直线与曲线相交两点,这两点之间就是有效频率范围。如上图音箱的有效频率范围是45Hz─20KHz,低音单体有效频率范围是40Hz─3KHz,高音单体有效频率范围则是1800Hz─20KHz。频响曲线越平直越好,带宽则越宽越好。


从阻抗曲线可以知道几个重要参数:

阻抗值(Ohm):

图示波峰过后最低点对应纵坐标即为阻抗值。

最低共振周波数(F0):

单体喇叭(单峰)─以阻抗曲线波峰对应横坐标的点即为F0。音箱喇叭(双峰)─以阻抗曲线第一波峰与第二波峰间的波谷对应横坐标的点即为Fb,第一波峰为导音管F0,第二波峰则为单体F0。音箱喇叭+高音单体(三峰)─仍以阻抗曲线波峰与波峰间的波谷对应横坐标的点即为Fb,第三波峰即为高音单体的F0。


1、直流阻抗(Ohm):

以静态扬声器来测其阻抗,所以求的的结果是直流阻抗,就是音圈上所绕的铜线总长的阻抗值。直流阻抗不受频率的影响。

2、交流阻抗(Ohm):

在动态的扬声器,即通电以后所求得的交流阻抗值。

( 通常对音圈的公差要求是±15%。)

3、标准输入功率(W):就是扬声器的额定承受功率,为保证值。

4、最大输入功率(W):指扬声器的最大承受功率,仅承受1秒内峰值电压,非保证值。

5、出力音压,又称灵敏度(dB):

灵敏度也叫特性灵敏度,一般规定为扬声器放在消声室隔板上输入端加上相当于在额定阻抗上一瓦电功率的信号电压时,在参考轴上离参考点一米处产生的音压时,用分贝“(dB)”单位表示特性灵敏度。扬声器灵敏度高低与扬声器振动系统的性能及气隙中磁感应强度的大小有较大关系。

6、极性:

在扬声器的输入端加上脉冲直流信号,如果振摸向前推动,则与直流电压正端相接的为喇叭的正极,反之为负极,如果接反,则喇叭振动的相位将不正确。


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