扬声器是我们经常在用的机器之一,那么你知道扬声器是怎么发出声音的呢?下面是学习啦小编给大家带来的扬声器的发声原理的相关知识,欢迎阅读!
扬声器的发声原理
电动式扬声器又称为动圈式扬声器;它是应用电动原理的电声换能器件;它是目前运用最多、最广泛的扬声器,究其原因主要有三条:
1.电动式扬声器结构简单、生产容易,而且本身不需要大的空间,导致价格便宜,可以大量普及。
2.这类扬声器可以做到性能优良,在中频段可以获得均匀的频率响应。
3.这类扬声器在不断改进中,几十年扬声器发展史,就是扬声器设计、工艺、材料不断改进的历史,也是性能与时俱进的历史。
电动式扬声器其形状大多是锥形、球顶形;锥形扬声器(cone speaker)的结构。
锥形扬声器的结构可以分为三个部分:
1>振动系统包括振膜、音圈、定心支片、防尘罩等
2>磁路系统包括导磁上板、导磁柱、导磁下板、磁体等
3>辅助系统包括盆架、压边、接线架、相位塞条。
根据法拉第定律,当载流导体通过磁场时,会受到一个电动力,其方向符合弗来明左手定则,力与电流、磁场方向互相垂直,受力大小与电流、导线长度、磁通密度成正比。当音圈输入交变音频电流时,音圈受到一个交变推动力产生交变运动,带动纸盆振动,反复推动空气而发声。
使电动式扬声器的振膜发生振动的力,即为磁场对载流导体的作用力,这个效应我们称它为电动式换能器的力效应,其大小由下式规定:
F=B L i
式中:B为磁隙中的磁感应密度(强度),其单位为N/(A.m)<牛顿>又称为特斯拉(T)
L为音圈导线的长度,单位:米
i为流经音圈的电流,单位:安培
F为磁场对音圈的作用力,单位:牛顿
但是,在通电音圈受力运动的同时,由于会切割磁隙中的磁力线从而在音圈内产生感应电动势,这个效应我们称它为电动式换能器的电效应,其感应电动势的大小为:
е=Вiν
式中:v为音圈的振动速度,其单位为:米/秒
е为音圈中感应电动势,单位为:伏特
电动式扬声器力效应与电效应是同时存在、相伴而行的。
其它扬声器工作原理:
〈一〉磁式扬声器:亦称“舌簧扬声器”,其结构如图4所示,在永磁体两极之间有一可动铁心的电磁铁,当电磁铁的线圈中没有电流时,可动铁心受永磁体两磁极相等级吸引力的吸引,在中央保持静止;当线圈中有电流流过时,可动铁心被磁化,而成为一条形磁体。随着电流方向的变化,条形磁体的极性也相应变化,使可动铁心绕支点作旋转运动,可动铁心的振动由悬臂传到振膜(纸盆)推动空气热振动。
〈二〉静电扬声器:它是利用加到电容器极板上的静电力而工作的扬声器,就其结构看,因正负极相向而成电容器状,所以又称为电容扬声器。如图所示,有两块厚而硬的材料作为固定极板,极板上有此可以透过声音,中间一片极板则用薄而轻的材料作振膜(如铝膜)。将振膜周围固定、拉紧而与固定极保持相当距离,即使在大振膜上,亦不致与固定极相碰。
在两电极间原有一直流电压(称之为偏压)。若在两电极间加由放大器输出的音频电压,与原来的输出电压相重叠,形成交变的脉动电压,这个脉动电压产生于两极间隙吸引力的强弱变化,而振膜因此振动而发声。
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。
〈三〉压电扬声器:利用压电材料的逆压电效应而工作的扬声器称为压电扬声器。电介质(如石英、酒石酸钾钠等晶体)在压力作用下发生极化使两端表面间出现电势差的现象,称之为“压电效应”。它的逆效应,即置于电场中的电介质会发生弹性形变,称为“逆压电效应”或“电致伸缩”。
压电扬声器同电动式扬声器相比不需要磁路,和静电扬声器相比不需要偏压,结构简单、价格便宜,缺点是失真大而且工作不稳定。
〈四〉离子扬声器:在一般的状态下,空气的分子量中性的、不带电。但经过高压放电后就成为带电的粒子,这种现象称游离化。把游离化的空气利用音频电压振动,则产生声波,这就是离子扬声器的原理。
为了离子化,就要加20MHz的高频电压,而在其上重叠音频信号压电。可见,离子扬声器由高频振荡部分,音频信号调制部分,放电腔及号筒组成。
放电腔采用将直径8mm的石英棒在中心开孔,开成石英管,将一个电极插入其中,另一个电极所示,呈圆筒形套在石英管外面,由于采用无声放电形式,只有中心的针头电极有损耗,可以定期更换中心电极。离子扬声器与其他扬声器不同之处在于没有振膜,所以瞬态特性和高频特性都很好,但结构太复杂。
〈五〉火焰扬声器:当空气和煤气燃烧的火焰通过电极,电极加有直流电压和高频信号,火焰受音频信号调制而发声。火焰几乎无质量,声音动态极好。但它有致命的缺点:不安全,不方便。
〈六〉气流调制扬声器:又称气流扬声器。它是利用压缩空气作能源,利用音频电流调制气流发声的扬声器。它由气室、调制阀门、号筒和磁路组成。压缩空气气流由气室经过阀门里,受外加音频信号调制,使气流的波动按照外加音频信号而变化,同时被调制的气流经号筒耦合,以提高系统的效率。它主要用做高强度噪声环境试验的声源或远距离广播等。
〈七〉磁致失真扬声器。这是一种特殊的强磁体,它能在磁场作用下振动发声。
扬声器的种类
电动号筒式扬声器
电动号筒式扬声器又称为高音喇叭,其构造如图1所示。主要由磁路系统、振动系统和助音筒三部分组成。磁路系统和振动系统装在一起,称为发音头。发音头和助音简可以分开,各成一体。
磁路系统由永久磁铁和软铁组成,磁场集中在缝隙处。振动系统由带着音圈的振动膜构成,音圈位于磁隙正中。音频电流通过音圈时,受磁场力的作用,音圈便带动振动膜前后运动,使空气发生振动。由于发音头前面装有助者简,可使空气共鸣,从而发出宏亮的声音。
电动纸盆式扬声器
电动纸盆式扬声器又称为低音喇叭,其构造如图2所示。主要由磁路系统和振动系统两部分组成。
磁路系统由环形永久磁铁和软铁组成,磁场集中在缝隙处。振动系统由带着音圈的纸盆构成,弹性片把音圈固定在磁隙的正中。有音频电流通过时,音圈在磁场力的作用下,带着纸盆前后运动,从而发出声音。
组合式扬声器
为了提高放音质量,扩展有效频率范围,通常将几只不同频率响应范
围的扬声器组合在一起,装入同一助音箱内,构成组合音箱。它可以使得在整个音频范围内的频率响应曲线得到显著改善。
扬声器的基本特征
(1)扬声器有两个接线柱(两根引线),当单只扬声器使用时两根引脚不分正负极性,多只扬声器同时使用时两个引脚有极性之分。
(2)扬声器有一个纸盆,它的颜色通常为黑色,也有白色。
(3)扬声器的外形有圆形、方形和椭圆形等几大类。
(4)扬声器纸盆背面是磁铁,外磁式扬声器用金属螺丝刀去接触磁铁时会感觉到磁性的存在;内磁式扬声器中没有这种感觉,但是外壳内部确有磁铁。
(5)扬声器装在机器面板上或音箱内。
扬声器的安装技巧
号筒式扬声器在农村和城镇的一些集市上仍在广泛使用,而号筒式扬声器的音膜一旦损失后,要保证音膜位置的正确安装下面介绍一种方法,能够比较容易地解决这个问题。安装可分两步进行。
第一步,选取适当厚度纸张,裁两条宽松~10mm,长度比中心片的直径大20mm的纸条。然后把两纸条互相垂直地放在中心片上(位置要取中)。为了防止它们移动,可用一点浆糊把它们粘住。将纸条的两端插入磁隙中。把音膜上的音圈对准磁隙,轻轻压下去。由于纸条的存在,这时音圈的位置正好在磁隙中间,而不会偏斜。在音膜边缘上测涂上测涂上万能胶,并把音头的上盖盖好。对正螺孔,把螺拧紧。并在适当位置记好上盖上与音头的相对位置。放置8小时,待万能胶完全干透后,便可拧开螺丝,取下上盖。这时,音膜已粘在上盖上了。
第二步,把引线焊在接线柱上。取下两张纸条,然后把上盖盖回去,注意对准原来所做的记号。这时可用万用表R×挡或1.5V干电池,一边不断碰触两接线柱,发出“喀喀”声,一边轻敲上盖,至“喀喀”声达最大,而且没有摩擦声音时,便可逐渐拧紧固定螺丝。在拧螺丝时,应对称地轮换旋紧,而不应将一只螺丝旋得很紧以后,再去旋紧第二只螺丝。