[扬声器的种类和基本技术参数]扬声器有些种类现代电影技术No 17/xx ADVANCED MOTION PICTURE TECHN OLOGY设备介绍与分析扬声器的种类和基本技术参数国家广电总局电影技术质量检测所张金亮现今, 数字立体声电影院及礼堂音响系统质量已有很大提高, 并日益受到重视。

扬声器在音响系统中, 起着很大作用, 因此, 了解扬声器的种类、掌握扬声器的各项技术性能, 是正确选择与使用扬声器的必要条件。

扬声器俗称喇叭, 是一种将电能转化为声能, 并将它辐射到空气中的电声换能器件。

电影的还音系统需要使用扬声器将影片上录制的声音信号播放出来。

扬声器有不同的种类, 通常分类有三种方法:1、按驱动方式分类(1) 电磁式(如图1所示) 。

原理是声源信号磁化了的振荡部分与磁体的磁性相互吸引和排斥, 产生驱动图1容扬声器。

它是利用加到电容器极板上的静电场产生机械力的原理做成的扬声器, 其结构即由一个固定电极和一个可动电极形成的电容器构成。

其作用原理是, 在两个电极间需要加一固定直流电压(极化电压, 亦称之为偏压) , 使之产生一个固定静电场。

当由放大器输出的音频信号电压加到两电极上时, 由于其间所产生的交变电场与固定静电场发生相互作用, 形成交变的脉动电压, 则电极间有一个与声频电压相应的交变力, 使可动电极随之振动, 与空气耦合而辐射声波。

可动电极一般是在塑料膜上喷镀一层导电金属制成; 现在已经出现了省去极化电源而用薄膜驻极体做成的静电扬声器。

静电扬声器的优点是整个振膜同相振动, 振膜轻, 失真小, 可以重放极为清脆的声音, 有很好的解析力、细节清楚、声音逼真。

它的缺点是效率低, 需要高压直流电源, 容易吸尘, 振膜加大失真亦会加大, 不适合听摇滚、重金属音乐, 价格相对贵一些。

(4) 压电式(如图4所示) , 利用某些材料的压电效应制成的扬声器。

当把声频电压加到压电片上时, 压电片即会产生形变, 形变的规律与声频电压相对应; 压电片上连接有振膜, 即能向空气辐射声图3力, 在这种力的作用下使振膜振动而发声。

(2) 电动式(如图2所示) , 又称动圈扬声器。

作用原理是声源信号电流流过音圈, 与磁体磁场相互作用而形成电磁力, 在输入电流产生的电磁场与磁场内磁束相交平面的垂直方向产生交变运动, 纸盆在这种力的作用下振动而发声。

图2(3) 静电式(如图3所示) , 又称电现代电影技术No 17/xx ADVANCED MOTION PICTURE TECHN OLOGY 设备介绍与分析音。

利用这种原理制成的扬声器叫压电扬声器。

压电扬声器结构简单, 灵敏度高, 消耗功率小, 重量较图4而号筒扬声器却由振膜的振动通过号筒与空气耦合而将声波辐射到空间去。

它是间接辐射。

在这种情况下, 号筒就像一个声变换器。

号筒扬声器一般比纸盆扬声器和球顶扬声器效率高, 在高保真扬声器系统中, 号筒扬声器多用作中、高音单元。

3、按用途分类(1) 全频带扬声器, 它能够同时覆盖高、低频段, 其振膜振动可产生从低音到高音的全频带声音。

在全频带扬声器中, 有单纸盆的全频带扬声器及双纸盆型和同轴型扬声器。

双纸盆和单纸盆扬声器都是整体结构。

同轴型扬声器是把两个扬声器做在一起构成一种多声道器件。

(2) 低音扬声器, 即为低频段重放而设计的低音性能很好的扬声器, 它几乎全是纸盆形扬声器。

其重放频带下限应很低, 振膜的振动幅度容许值应尽量大, 因此振膜的口径较大, 目前的口径可达80cm 。

为了提高纸盆的振幅允许值, 常采用软而宽的支撑边。

(3) 中音扬声器, 它是专门用来重放中音段的单元。

其性能是声压频率特性曲线平坦、失真小、指向性好, 以及频率高。

(4) 高音扬声器, 它是专门承受高频段重放的单元。

工作频率在1~5kH z 以上。

扬声器的能量转换层次多、反馈多。

它是将电能转换为机械能, 再将机械能转换成电能, 从而带来了系统的复杂性和多样性。

扬声器的工作状态不仅是振动的, 而且这种振动又是处在三维空间的。

这种三维空间的振动系统, 具有多个边界条件, 因此它的振动分析极为复杂。

在分析扬声器时, 常采用等效电路法, 将扬声器看成由集中参数组成的等效电路, 然而扬声器振动系统只在低频区为一集中参数系统。

在分析扬声器振动时, 往往假设扬声器是一个刚体, 这样分析起来相应方便。

但是上述的假设只是在低音频段是合适的, 在频率升高时, 由于扬声器不再是集中参数元件, 扬声器振膜不再是刚体, 振膜会出现分割轻, 受温度和湿度的影响较小, 成本低, 可以制成专供重放高音的单元用于组合扬声器中。

但由于它的阻抗较高, 更适用于有线广播网。

2、按振膜与辐射器形状分类(1) 锥形振膜扬声器。

该种扬声器是目前广泛采用的一种扬声器, 锥形振膜所用材料中最普遍的是纸, 或在其中再加些用以加强其机械强度的添加料。

后来出现了用金属材料或合成材料制作锥形振膜。

此类扬声器大体由振动系统、磁路系统和辅助系统三大部分构成。

振动系统包括锥形纸盆、音圈和定心支片等; 磁路系统包括磁体、导磁柱和导磁板等。

纸盆开口的形状有圆形和椭圆形。

辅助系统包括盆架、接线板、压边和防尘盖等。

(2) 球顶扬声器。

振膜形状呈部分球面形。

它属于电动型扬声器, 与纸盆扬声器比较, 效率稍低一些, 但球顶扬声器的指向性非常好。

在所用材料上, 从质地柔软的材料到硬质材料均被采用。

根据振膜材料质地硬度不同, 有软球顶和硬球顶之分。

在高保真扬声器中, 高音扬声器大多采用球顶扬声器, 以便获得纯的音质和良好的指向性。

(3) 平板扬声器, 即把振膜制成平板状的扬声器。

平板扬声器有直接驱动平板扬声器和在锥形腔体内填有发泡树脂等物质的填充型扬声器。

(4) 号筒式扬声器。

通常是应用电动原理制成的, 它由振动系统(高音头) 和号筒两部分构成。

振动系统与电动纸盆扬声器相似, 不同的是它的振膜多为一球顶形膜片。

它与纸盆和球顶扬声器的最大区别在于声辐射方式不同, 纸盆扬声器和球顶扬声器是由振膜直接鼓动周围空气把声音辐射出去的;现代电影技术No 17/xx ADVANCED MOTION PICTURE TECHN OLOGY设备介绍与分析振动。

因此在高频段 , 由刚体振动假设导出的分析及由等效电路推出的公式都无效。

对扬声器的主观评价是不可缺少的, 然而主观评价又带有极大的离散性, 它往往因人而异、因时而异、并且自觉或不自觉地受到各种心理暗示的影响。

评价的结果不仅取决于聆听者的修养、素质、心理状态, 它还涉及到心理声学、环境声学、数理统计方法等。

扬声器的客观测试指标有数10项之多。

下文介绍这些基本测试指标, 以增加对扬声器的认识和了解。

这样在分析扬声器的性能、研究扬声器的原理、评价扬声器的优劣时就有了一个基本依据。

1、频率响应这项指标反映了扬声器工作的主要频率范围。

当给扬声器加以恒压信号源并由低频到高频改变信号源频率时, 扬声器产生的声压将随频率的变化而变化。

频率响应一般是记录在以频率刻度为横坐标的图上, 由此得出的声压) ) ) 频率曲线, 就是扬声器的频率响应曲线, 如图5所示。

一般中音频时产生的声压较大, 而低音频和高音频时产生的声压较小。

当声压下降为中音频的某一数值时的高、低音频率范围, 叫该扬声器的频率响应特性。

所谓自由场通常指消声室. 可以免除房间的影响。

将扬声器放在一个大平面上, 对天空辐射, 这是一个半空间自由场。

扬声器所能重放声音的频率界限, 也就是有效频率范围, 取自扬声器声压频率特性曲线中比峰值附近一个倍频位的平均声压级降低10dB 的频率范围。

此范围越宽, 还音特性越好。

理想的扬声器频率特性应为20~20KH z, 这样就能把全部音频均匀地重放出来。

然而这是很难做到的, 每一只扬声器只能较好地重放音频的某一部分。

一般高保真用扬声器箱最低要求频响为50-12500H z, 能达到50-16000H z 已足够了, 当然30-20000H z 则更好。

测试扬声器频率响应曲线的方法:把相对带宽为l/30ct 的粉红噪声信号馈给扬声器, 用l/30ct (1/3倍频程) 滤波器分析传声器的输出信号。

在这种条件下我们便可得到如图5所示的扬声器的频率响应曲线。

这条曲线是传声器正对扬声器参考轴中心测得的。

有时为了检查扬声器的指向性, 需要特别测试扬声器的偏轴特性, 例如30b 、60b 的频率特性。

2、功率扬声器的功率大小是选择使用扬声器的重要指标之一。

功率用瓦(w ) 、伏安(V #A) 来表示。

扬声器的功率有标称功率和最大功率之分。

标称功率称额定功率、不失真功率, 在扬声器的技术说明书上标注的功率即为该功率值。

它是指扬声器在额定频率范围内馈给扬声器以规定的模拟图5节目信号, 而不产生热和机械损坏的相应电功率。

一般测试时采用粉红噪声信号, 通过特定的滤波器, 在额定频率范围内进行测试。

按IEC 标准, 被测扬声器应保证在100小时的连续工作中不产生异常。

额定功率通常可视为放大器的不失真输出功率, 与该放大器相连接的扬声器能在长时间内满意地重放正常节目。

最大功率又分为长期最大功率和短期最大功率。

长期最大功率即与长期最大电压相对应的电功获取我们通常见到的扬声器频率响应曲线有一个先决条件, 即是须在自由场或半空间自由场条件下测得, 因为只有在自由场条件下才能测得单纯的扬声器频响曲线。

因此对于扬声器频率响应比较完整的规定是/在自由场或半空间自由场条件下, 在相对于参考轴和参考点的指定位置, 以规定的恒定电压测得的作为频率函数的声压级, 所用的恒定电压为正弦信号或为频率噪声信号0。

现代电影技术No 17/xx ADVANCED MOTION PICTURE TECHN OLOGY设备介绍与分析率 , 其定义为U /R, 式中U 为长期最大输入电压, R 是额定阻抗。

这里长期最大电压指扬声器能承受持续时间为1分钟、间隔为2分钟、重复10次的模拟节目信号而不产生永久性损坏时的最大信号电压。

这个长期最大功率意味着扬声器长时间承受功率的上限。

短期最大功率即与短期最大输入电压对应的电功率, 其定义为U/R, U 为短期最大输入电压, R 是额定阻抗。

短期最大输入电压指扬声器能承受持续时间为1秒、间隔为60秒、重复60次的模拟节目信号而不产生永久性损坏时的最大信号电压。

它意味着扬声器短期能承受功率的上限。

在一些文章中提及的/瞬时功率0、/音乐功率0、/峰值功率0其含义均为短期最大功率, 这些功率值大于额定噪声功率。

为保证扬声器工作上的可靠性, 要求扬声器的最大功率为标称功率的2~4倍。

3、额定阻抗扬声器输人端的阻抗, 包括有:额定阻抗和直流阻抗(单位:欧姆/o hm ) 。

直流阻抗是指在音圈线圈静止的情况下, 通以直流信号从而测试出的阻抗值。