现代音响工程设计手册 第五章.doc

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1、第五章扬声器系统电声器件是一种电能与声能转换的换能器。通常指的是扬声器、耳机和传声器三大类。有些换能器是可逆的，它们既可作扬声器，又可作传声器，另一些是不可逆的。各种换能器由于设计理论复杂、制作工艺和材料特殊，迄今为止仍然是高保真放音系统中最薄弱的环节。近年来，设计理论有了重大突破、制作工艺和加工精度的大大提高、新材料的广泛应用以及使用计算机分析各种参数对电声特性的影响等，使各类扬声器的性能有了很大的提高，产生了一批能满足优良音质重放的高声压输出的优秀扬声器系统。企图用一种类型的扬声器单元重放出20HZ～

2、20KHZ范围的声音是不可能的。因为重、大、厚的纸盆振膜可重放出令人满意的低音，但由于运动惰性的问题，难以解决高音的播放。轻、薄、硬的振膜由于惰性小、反应快、活动灵活，可发出失真很小，频率很高的高音。因此重放全音域的扬声器系统毫无例外的都是由高音、中音和低音三种不同类型的扬声器单元结合组成的系统。为使读者能用好、用活适合不同场合使用的扬声器系统，这一章将详细阐述各类扬声器的原理、参数和应用、各类分频网络和扬声器保护以及与功放的连接方法等。5.1高频扬声器系统高频扬声器系统是指频率覆盖范围为500HZ～15

3、KHZ或更高频率的扬声器系统。为提高换能器的转换效率，在专业扩声系统中通常采用压缩驱动器CD（CompressionDriver）(如图5-1所示)和号筒组成的高频扬声器系统,很少使用直接辐射或锥盆扬声器单元。图5-1压缩驱动器的结构高音号筒是装在CD驱动器上的一个声音扩展器（如图5-3所示）。它的特性类似于一个声音变压器，把喉管处（与CD驱动器接连的部位）的低容积–速度(容积–速度这个术语,不是声音的速度,它是单位时间内空气位移的容积)的高声压的声音转换到号筒嘴口处的高容积–速度的低声压声音。声压的势能

4、和容积–速度（单位为m3/s）的关系类似于声功率和电功率之间用声压巴（Pa）表示的关系。正像电气变压器那样，它的输入电势和电流的乘积与输出电势和电流的乘积相等。换能器在喉管处产生的高声压驱动（激励）与它联接在一起的高音号筒，因此通常又把这个换能器称为驱动器。驱动器与声负载（号筒）耦合适当时，典型的电–声转换效率可达20～30%。换能器振膜尺寸的典型值为44.5mm(1.75英寸)～100mm(4英寸)。音圈通常是用带状铝导线绕制；两个端头的密度更高一些。它位于磁通密度为1.7～2泰斯拉/Tesla（170

5、00～20000高斯）的磁隙内。磁体是一种铝镍钴V号合金高性能磁钢。振膜安装在离相位插塞1mm的范围内。相位插塞有一个环形切口，其面积约为振膜面积的十分之一，它们的面积比称为驱动器的负载系数，影响驱动器的转换效率和换能器的频率响应特性。5.1.1压缩驱动器及其技术参数图5-2是压缩驱动器的中频和高频等效电路。RE代表音圈电阻，RET是驱动器耦合到号筒或其他声负载的辐射电阻，可用下式表达：RET=ST（Bl）2/(5-1)式中：ST—相位插塞的槽口面积，m2B—磁通密度，泰斯拉l—音圈导线的长度，m—空气的

6、声阻抗，415N·S/m3图5-2压缩驱动器的等效电路(a)中频特性(b)高频特性图5-3号筒入口和出口处的容积—速度关系图5-2（b）是高频等效电路，活动系统的质量支配着高频端的频响特性。整个电气—机械系统的作用可用一个等效电容CMES代表，它取决于活动系统的质量。这个电容使高频特性产生每倍频程6dB的下降，开始下降的频率为：fHM=（Bl）2/REMMS(5-2)式中MMS是活动系统的质量，千克。大多数压缩驱动器中的fHM是在3KHZ～3.5KHZ的范围。如果把MMS做得更轻些，把音圈电阻RE做得更小

7、些，则fHM就可升高，高频特性就会更好些。LE是音圈的电感量。LCEC是一个等效电感，它取决于振膜和相位插塞之间的空气腔容积。尽可能保持小的振膜—相位插塞之间的空隙，有利于提高频响特性；但又要求在较低频率的高功率输入时又不会发生碰擦，这就需要用很高的制造精度来保证。5.1.1.1转换效率电功率和声功率之间的转换效率可用下式表达：转换功率（%）=[2RERET/（RE+RET）2]100（5-3）当RE=RET时（即达到负载匹配状态），转换效率达到最高，即50%。在这种情况下，输入功率的一半作为有用的声功率

8、辐射出去，另一半在音圈中被RE消耗掉变成热量。转换效率的差异直接影响高音号筒辐射出去的声功率。例如，两个100W的高音号筒扬声器，其中一个转换效率为50%，另一个为25%，如果都输入100W电功率时，在离开它们同样距离处的声压级就差3dB。换言之，需用2个转换效率为25%的高音号筒扬声器代替1个转换效率50%的高音号筒扬声器才能获得同样的声压级。5.1.1.2压缩驱动器的额定功率高频压缩驱动器的振膜位移很小。它的额定功率由音圈