[科普中国]-动圈式扬声器

动圈式扬声器：通电导体在磁场中受力。变化的电流通过线圈，产生变化的磁场，从而让扬声器的膜片振动，产生声音。

动圈式扬声器（又称电动式扬声器）；动圈扬声器的固有频率对于其低频性能有十分重要的影响。

扬声器扬声器（德语：Lautsprecher；英语：Loudspeaker；西班牙语：Altavoz），俗称喇叭，是一种转换电子信号成为声音的换能器、电子组件，可以由一个或多个组成音响组。

原理扬声器是由电磁铁、线圈、喇叭振膜组成。扬声器把电流频率转化为声音。物理学原理，当电流通过线圈产生电磁场，磁场的方向为右手法则。假设，扬声器播放C调，其频率为256Hz，即每秒振动256次，扬声器输出256Hz的交流电，每秒256次电流改变，发出C调频率。当电线圈与扬声器薄膜一起振动，推动周围的空气振动，扬声器由此产生声音。

人耳可以听到的声波的频率一般在20赫兹至20000赫兹之间，所以一般的扬声器都会把程序设定在这个范围内。工作原理和上述相同。能量的转换过程是由电能转换为磁能，再由磁能转换为机械能，再从机械能转换为声音。

性能扬声器的最终性能，是依靠人耳的听感决定的，所以这个结果可能会因人而异。不过，还是可以将扬声器许多方面的特性通过数据的形式表达出来的。一些常见参数包括：

功率：包括最大功率、额定功率、平均功率等，功率越大对应的声音也就越大。

频率：发声频率，由于一般很难制造出在20-20000赫兹范围内都表现良好的扬声器，所以通常将几个不同频率的扬声器组合起来构成扬声器系统。

阻抗：通常为2的次方，例如2欧姆、8欧姆、32欧姆等等。

有损：包括互调有损、谐波有损等参数。

灵敏度（分贝/瓦）：灵敏度越高，细节表现力越强。

类型扬声器为一个扬声系统内最多变的元素，每种声音设备都有可能不同。扬声器的分类方法有很多，比如可以按照工作方式、形状等来区分。

按工作方式分按其工作原理来分可分为电动式扬声器、电磁式扬声器、压电式扬声器、电极式扬声器和等离子体扬声器。

电动式扬声器

它的工作原理是让电流通过线圈产生磁场，利用这个激励出来的磁场和扬声器原有的磁场作用产生振动，它是最常用的扬声器。电动式扬声器大致分为四个主要部分：

动力系统：包括音圈也就是电线圈，线圈通常同振动系统固定在一起，通过振膜来将线圈的振动转换成声音信号。

振动系统：包括音膜，也就是喇叭膜片、振膜。振膜可以由各种材料构成，可以说振膜的材料、制作工艺在很大程度上决定了扬声器的发声质量。按照制作材料不同，可以将振膜分为以下几种：

纸盆：纸盆的成本较低，而且还可以和其它纤维混合起来制作成混合型振膜，它是应用最多的振膜材料。

陶瓷：重低音效果较好

羊毛：在纸浆中混合进羊毛制作而成，低音效果不佳。

聚丙烯：成本较高。

金属：多用于高音球顶喇叭。

木质：声音温暖，较适合听人声或古典。

支撑系统：包括盆架等

磁铁：按照其磁铁安装方式不同分为：

外磁式：让音圈包着磁铁，所以音圈尺寸要大于磁铁。外音圈尺寸提升，与振膜接触面积也更大，动态也就更好。加大尺寸的音圈，还具备更高的散热效率。

内磁式：音圈做在磁铁内部，所以音圈尺寸较小得多。

压电式扬声器

利用压电效应，电流通过时产生振动，驱动振膜产生声音。

电极式扬声器实际上就是电容式，在电容的两极之间施加巨大的电压从而利用静电场产生电场力，驱动振膜运动。虽然早在20世纪30年代就发明出了电极式扬声器，但电极式扬声器成本极高。

等离子体扬声器电弧击穿空气引起共振发声，是现有的扬声器中音质最好的。发声组件、放电电极体积小。发声部分是电极和电弧，放电电极是两个尖端。电弧击穿空气时有臭氧产生。

早在1900年就有人提出等离子体扬声器的概念，此后又有人尝试过商业化，但始终没大规模流行，关键在于还存在不少问题：

对低频响应很差

寿命短，功耗大

易受高压、电磁干扰。

按振膜形状按振膜形状不同，可以将扬声器分为锥形、平板、球顶、号角式等。

锥形扬声器是目前应用最广泛的喇叭。还可分为圆形、椭圆形等。圆形扬声的尺寸通过最大直径表示，椭圆形的尺寸则用椭圆的长短轴表示。

平板扬声器锥形喇叭的圆锥形振膜必然会产生气室，这个气室会造成共振使得性能变坏。而平板扬声器则可改善这种现象。

球顶扬声器指向性较高，它的振膜通常由金属构成，常用于中高音单元。

号角扬声器号角扬声器主要原理不同锥形扬声器相同，只不过它的声音是经由号筒辐射到空间的间接辐射。

简介组成结构扬声器是一种把电信号转变为声信号的换能器件，扬声器的性能优劣对音质的影响很大。扬声器在音响设备中是一个最薄弱的器件，而对于音响效果而言，它又是一个最重要的部件。扬声器的种类繁多，而且价格相差很大。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。

低档塑料音箱因其箱体单薄、无法克服谐振，无音质可言(也有部分设计好的塑料音箱要远远好于劣质的木质音箱)；木制音箱降低了箱体谐振所造成的音染，音质普遍好于塑料音箱。

通常多媒体音箱都是双单元二分频设计，一个较小的扬声器负责中高音的输出，而另一个较大的扬声器负责中低音的输出。

挑选音箱应考虑这两个喇叭的材质：多媒体有源音箱的高音单元现以软球顶为主(此外还有用于模拟音源的钛膜球顶等)，它与数字音源相配合能减少高频信号的生硬感，给人以温柔、光滑、细腻的感觉。多媒体音箱现以质量较好的丝膜和成本较低的PV膜等软球顶的居多。

低音单元它决定了音箱的声音的特点，选择起来相对重要一些，最常见的有以下几种：纸盆，又有敷胶纸盆、纸基羊毛盆、紧压制盆等几种。

常见扬声器

纸盆音色自然、廉价、较好的刚性、材质较轻灵敏度高，缺点是防潮性差、制造时一致性难以控制，但顶级HiFi系统中用纸盆制造的比比皆是，因为声音输出非常平均，还原性好。

防弹布，有较宽的频响与较低的失真，是酷爱强劲低音者之首选，缺点是成本高、制作工艺复杂、灵敏度不高轻音乐效果不甚佳。

羊毛编织盆，质地较软，它对柔和音乐与轻音乐的表现十分优异，但是低音效果不佳，缺乏力度与震撼力。

PP(聚丙烯)盆，它广泛流行于高档音箱中，一致性好失真低，各方面表现都可圈可点。此外还有像纤维类振膜和复合材料振膜等由于价格高昂极少应用于普及型音箱中。

扬声器尺寸自然是越大越好，大口径的低音扬声器能在低频部分有更好的表现，这是在选购之中可以挑选的。用高性能的扬声器制造的音箱意味着有更低的瞬态失真和更好的音质。普通多媒体音箱低音扬声器的喇叭多为3～5英寸之间。用高性能的扬声器制造的音箱也意味着有更低的瞬态失真和更好的音质。

我们最常见的电动式锥形纸盆扬声器。电动式锥形扬声器即过去我们常说成纸盆扬声器，尽管2014年振膜仍以纸盆为主，但同时出现了许多高分子材料振膜、金属振膜，用锥形扬声器称呼就名符其实了。锥形纸盆扬声器大体由磁回路系统（永磁体、芯柱、导磁板）、振动系统（纸盆、音圈）和支撑辅助系统（定心支片、盆架、垫边）等三大部分构成。

1．音圈：音圈是锥形纸盆扬声器的驱动单元，它是用很细的铜导线分两层绕在纸管上，一般绕有几十圈，又称线圈，放置于导磁芯柱与导磁板构成的磁疑隙中。音圈与纸盆固定在一起，当声音电流信号通入音圈后，音圈振动带动着纸盆振动。

2．纸盆：锥形纸盆扬声器的锥形振膜所用的材料有很多种类，一般有天然纤维和人造纤维两大类。天然纤维常采用棉、木材、羊毛、绢丝等，人造纤维则采用人造丝、尼龙、玻璃纤维等。由于纸盆是扬声器的声音辐射器件，在相当大的程度上决定着扬声器的放声性能，所以无论哪一种纸盆，要求既要质轻又要刚性良好，不能因环境温度、湿度变化而变形。

3．折环：折环是为保证纸盆沿扬声器的轴向运动、限制横向运动而设置的，同时起到阻挡纸盆前后空敢流通的作用。折环的材料除常用纸盆的材料外，还利用塑料、天然橡胶等，经过热压粘接在纸盆上。

4．定心支片：定心支片用于支持音圈和纸盆的结合部位，保证其垂直而不歪斜。定心支片上有许多同心圆环，使音圈在磁隙中自由地上下移动而不作横向移动，保证音圈不与导磁板相碰。定心支片上的防尘罩是为了防止外部灰尘等落磁隙，避免造成灰尘与音圈摩擦，而使扬声器产生异常声音1。

名词简介：动圈式扬声器（又称电动式）。在谈动圈式扬声器的基本原理前，先列一下电动式换能器的基本原理。

公式及原理：扬声器的音圈中，当流有交流电流时，根据左手定则，产生的驱动力为BlI（B为磁极隙缝的磁感应强度，l为音圈长度，I为音圈电流大小）。如果再给音圈以 F力驱动时，机械系统共有（F+BlI）的驱动力。因此，振膜的速度V(m/s)与振动系统的力阻抗zm(N*s/m)之前有如下关系：zmV=F+ BlI (1)

另一方面，当振膜以V(m/s)的速度振动时，根据右手定则，音圈中将感应-BlV的电动势，设外加电路的电压为E，则共有(E-BlV)的电动势。设音圈的电阻抗为Ze，流过的电流为I,则根据基尔霍夫定律，有：ZeI=E-BlV (2)

(1)(2)式就是电动式换能器的基本公式，式中的系数Bl是电系统与机械系统相关的量，称为力系数，表示为A=Bl

当电路的端电压E由电动势为E0,内阻抗为Z0的电源供给时，作用到振膜的驱动力F可认为是由激励力F0，内部阻抗为z0的声源所供给，即 E=E0-Z0I,F=F0-z0V; (3)

将(3)式代入(1)(2)式得：E0=(Z0+Ze)I+AV,F0=(z0+zm)V-AI; (4)

对于扬声器来说，只考虑电信号驱动，于是F0=0,(4)式变为

E0=(Z0+Ze)I+AV,0=(z0+zm)V-AI; (5)

解(5)式,消去V得 E0=(Z0+Ze+A^2/(z0+zm))I (6)

从上式可以看出，除电源的内阻抗Z0、音圈的阻抗Ze以外，还附加有第三项，由这一项可以看出，力阻抗越小时，越容易振动，力系数越大时，振动也越大。这是由于振动系统振动而附加的一项，称为动生阻抗，动生阻抗Zem=A^2/(z0+zm) (7)

于是，换能器的输入电阻抗 ZF=Z0+Ze+Zem (8)

前两项Z0+Ze为振动系统固定不振动时的输入电阻抗，称为阻尼阻抗。ZF为振动系统在能够自由振动的状态下的输入电阻抗，称为自由阻抗。

根据6式可以得到电动式换能器的简单等效电路图，电动式换能器的效率为Zem/ZF。当动生阻抗Zem越大时，电声换能器的效率越高。

动圈扬声器的固有频率对于其低频性能有十分重要的影响。如果需要降低其固有频率，可以采用两方面措施：

1. 增加系统质量，即增加音圈与纸盆的质量

2. 减小系统的弹性系数，即使纸盆边缘的折环部分更为柔顺

本词条内容贡献者为:

耿彩芳 - 副教授 - 中国矿业大学