扬声器

扬声器（loudspeaker）又称喇叭，是一种常用的电声转换器件1924年由Rice和Kellogg首次申请专利，这也是现代扬声器的雏形。1930年，博斯特威克制造了高频喇叭扬声器，8年后，“励磁式”扬声器被“永磁式”扬声器所取代。20世纪中后期，扬声器在提高质量、在普及率电声理论测量技术等方面取得了诸多成果。到2019年，非线性模型、主动控制系统、MEMS扬声器音质评价等理论和技术的日趋成熟和广泛应用，扬声器领域面临新的挑战和机遇。

扬声器通常包含一个振膜、磁场、音圈、磁路等主要部件，其工作原理是将电能转化为声能，将电信号转化为声波，主要技术指标是功率、额定阻抗、灵敏度等。扬声器可以根据换能模式进行改变、结构形式、工作频段和使用标准，不同类型适用于不同领域，通常用于各种设备和场景，包括音响系统、电视、计算机、手机、医疗诊断设备、火警报警系统等。

起源

自从佩奇（Page）自1837年发现电声产生原理以来，扬声器技术不断进步。不久之后，1876年2月14日，贝尔在美国（A.G.Bell）和沃森（Osen）成功申请了电话专利。随着时间的推移，声音的传播和再现方式也发生了变化。例如，1877年，爱迪生（Edison）一种特殊的设备被用来录制和播放音乐这个装置使用圆柱形锡箔。这个锡纸会被唱针沿着音槽移动，引起振膜的振动，最后从喇叭发出声音。早期的实验都涉及到将电信号转换成可听见的声音。科学家和工程师主要依靠电磁感应原理，即电流流过线圈产生磁场，导致连接线圈的振膜或薄膜振动，从而产生声音。随着技术的不断进步，音箱的设计也在进化。一个重要的改进就是使用了簧片音箱，用纸盆代替了金属振膜，采用了直射的形式，大大提高了音质。然而，扬声器的最早发明要追溯到1877年，当时德国科学家西门子发明了它（E.W.  Siemens）电报发射机研究中心提出了相关专利。此外，洛基在1898年（O.J.  rocky）还申请了一项英国专利，为扬声器的发展做出了贡献。此外，1890年，白（A.  white）发明了肩扛式麦克风，可以看作是现代电话的雏形，为通信技术的发展奠定了基础。改进创新

从20世纪初至中期，电动扬声器经历了许多关键的改进和创新。虽然早期采用薄膜和电磁振子的扬声器音质和效率有限，但为后来的发展做了铺垫。在19111921年期间，酒吧音响，e.C. Weute发明了静电传感器，美国西部电气公司（Westem Electric电气电气）开始把原来的扬声器（电话话器'为了扩音，韦伯斯特（A.G. Webeler）首次将数学方法引入扬声器设计，Magnavox生产了喇叭扬声器。

从1922年到1932年，西门子的格洛克（E.G.  Tesla）发明了带式电声换能器，凯莱夫提出了开放式挡板和后面封闭式箱体的概念，美国通用电气公司的切斯特·赖斯（C.W.Rice）和爱德华·凯洛格（E.W.Kollogg）在研究实验室里，他们获得了扬声器的专利之后，他们发明了与电动扬声器工作原理相似的扬声器。

从1929年到1939年，扬声器技术经历了几次重要的发展，包括静电扬声器、倒相式扬声器箱、高频号角扬声器、大功率带式扬声器、u形钨钢磁铁电动扬声器、创新的压电麦克风和动圈双向麦克风，此外，单向麦克风、弧形纸盆扬声器、迷宫音箱多声道音箱等新品也相继出现。

扬声器

发展

扬声器技术在20世纪中后期经历了几个重要的发展阶段。其中，兰辛（J.B.Lancing）开发同轴扬声器系统、克莱因（S.Klein）提议的离子扬声器和无缝纸盒扬声器、小音箱的普及与纸盆防潮技术、大型平板扬声器、海尔式扬声器、CD唱机、计算机辅助设计和其他创新以及技术进步促进了扬声器行业的发展。而21世纪的NXT音箱原则上是、结构和设计带来了新的革命性变化，使扬声器更加高效和经济这一系列的发展推动了扬声器技术的不断演进和升级。在20世纪70年代， 公司 s  D.B凯利(Keele)设计了一个序列号叫 HR ，俗称“白号简扬声器”Altec s  C.A.亨利克森（Henriksen)和 M.S.尤里达(Ureda)发展了不是锥形、指数或双曲线展开的新数学模型。直到20世纪末，高质量的扬声器、普及化、以及在电声理论、在测量技术等方面取得了很多成果。截至2019年，扬声器的非线性模型、主动控制系统、MEMS扬声器、测量和音质评价的理论和技术越来越成熟，应用越来越广泛演讲者领域面临新的变革，机遇与挑战并存。命名方式

中国的模型命名新款音箱由四部分组成：第一部分用字母“Y”表示产品名称为speaker。第二部分用字母表示产品类型，“D”为电动式。第三部分，字母表示扬声器的播放频段，数字表示 的扬声器孔径（单位是  mm）第四部分用数字或数字和字母表示扬声器的生产序列号。

扬声器是电动的、电磁式、电动式、纸盆扬声器等类型，本章重点介绍纸盆扬声器的构成。锥盆扬声器是最常见的电动扬声器、产量最大、除了录音机之外，使用最广泛的扬声器、室外电视机扩声系统、这种扬声器常用于家庭音响。以锥形扬声器的结构为例，锥形扬声器由磁环系统 组成（磁体、极芯、导磁体）振动系统（纸盆、音圈）辅助装置（定心支片、盆架、垫边）等三部分组成。

音圈：音圈是纸盆扬声器的驱动单元它是用细铜线分两层缠绕在纸管上，一般有几十匝，置于磁芯柱和磁板形成的磁隙中。音圈和纸盆构造在一起，音圈的振动带动纸盆振动。

纸盆：纸盆是扬声器的辐射装置，在相当程度上决定了扬声器的声音再现性能。制作纸盆的材料有很多种，一般包括天然纤维和人造纤维。棉花通常被用作天然纤维、木材、羊毛，绢丝等;人造纤维是人造纤维、尼龙、玻璃纤维、碳纤维等。纸盆的种类是线性的、指数形、抛物线和波纹环等，无论什么样的纸盆，都要轻便，刚性好、而且不会因环境温度和湿度的变化而变形。

折环：为了确保纸盆沿着扬声器的轴向运动、横向移动受限，纸盆周围设有折叠环。折叠环也是纸盆的支撑部分，保证纸盆与盆架的良好配合，同时起到阻隔纸盆前后空气流通的作用。折叠环的材料不仅是纸盆材料，还有塑料薄膜、泡沫塑料、天然橡胶和其他材料通过热压粘合到纸盆上。

定心支片：音圈和纸盆之间的接合处由定心件支撑，以保持其直立而不歪斜。定心支架上有许多同心环，使音圈可以在磁隙中自由上下移动，而不会横向移动，从而保证音圈不会与磁隙中的导磁板发生碰撞。定心支架上的防尘罩是为了防止外界灰尘落入磁隙，以免灰尘与音圈摩擦产生异响。

扬声器它是一种将电能转化为声能的装置，有黄舌型、晶体式、动圈式等等，常用的是动圈式。动圈扬声器主要由环形永磁体组成、音圈架、音圈、纸盆架、纸盆等部件组成。一个可自由移动的线圈，称为音圈，套在磁铁的磁隙之间。音圈首先粘结到音圈框架上，然后粘结到纸盆上，纸盆固定到纸盆框架上。当音频电流通过扬声器的音圈时，音圈会在磁场中磁场力的作用下振动，音圈的振动带动纸盆振动，从而发出声音。音频电流越大，音圈受到的场冲击力越大，音圈和纸锥的振动幅度越大，产生的声音越大。因为音频电流的大小和方向是不断变化的，所以扬声器会产生随音频而变化的声音。

功率

在音箱的技术参数中，功率包括标称功率、起动功率和最大承载功率的三个方面。标称功率也叫额定功率，是指扬声器能长期正常安全工作的输入电功率。扬声器在标称功率下工作时，各部件都在允许范围内，重放音色好，单元产生的失真小。另一方面，额定功率是指扬声器(或音箱)在一定谐波失真范围内允许的最大正常输入功率。起动功率指的是扬声器(或音箱)可以推式生成的参考值。一般音频的启动功率为10~50W，所以匹配的音箱中功放的输出功率必须大于音箱的启动功率。最大承载功率指的是扬声器(或音箱)短时间内所能维持的最大功率。该功率值代表扬声器在短时间内被允许添加的最大电信号功率值。选择功放时，功放的输出功率不能大于扬声器的最大承受功率，否则会损坏甚至烧毁扬声器。

阻抗

阻抗是指扬声器的额定输入阻抗。在DC电路中，电子元件具有阻挡电流的特性，即电阻;在交流电路中，这种特性就是阻抗。目前家庭影院使用的音箱中，一般额定输入阻抗在 4~16和之间、的音箱最为常见。应当注意，因为AC信号通过扬声器，所以扬声器的阻抗值随着音频信号的频率而变化额定输入阻抗只是扬声器在共振峰后呈现的最小阻抗，用万用表测量端子得到的电阻值并不是扬声器的额定输入阻抗。

谐波失真

扬声器的重放信号中应该没有其他新产生的信号，但实际上由于扬声器单元的振动特性，扬声器发出的信号中除了基频信号外，还有新产生的倍频信号，技术上称为二次谐波、三次谐波等，这些新谐波引起的返音失真称为“谐波失真”扬声器的二次和三次谐波失真对扬声器重放的影响最大，所以谐波失真小的扬声器声音重放效果好。谐波失真通常表示为总输出信号中谐波成分的百分比。一般扬声器允许低谐波失真，但谐波失真不应该影响基频信号的再现。

频率响应

从音频保真度的角度，希望内部放大器和功放的频响特性在20Hz 到 20kHz 的整个频段内保持一致，所有的音调都能释放出来。这个要求用音箱很难达到，所以家庭影院的音响设备几乎都很高、中、低音扬声器可以再现不同音频段的声音，使扬声器系统的频率特性满足扬声器设备的要求。频率特性是指音箱的再现频率能力。当扬声器输入固定电压信号，改变输入信号的频率时，扬声器的信号输出会随着输入信号频率的变化而变化扬声器的输出信号在2dB 或3dB 范围内对应的输入频率范围就是扬声器的频率响应范围，这个参数一般在 40 ~ 30k Hz之间。值得指出的是，为了达到商业目的，很多组合音响的频响范围是 20~20kHz，覆盖了人耳的听觉极限，但这是扬声器输出信号大于 3dB 的结果。如果将扬声器的输出信号限制在 3dB 以内，扬声器的频率响应会变窄。

灵敏度

扬声器的灵敏度是衡量扬声器是否容易被按动的技术参数。指输入1W的标准功率时，在前方 1m 距离处测得的声信号的大小。这个声音信号一般应该在 8095db之间，专业级音箱可以达到 100dB 以上。因为输入电功率相同，所以灵敏度值越高，扬声器的换能器效率越高。音箱的灵敏度主要反映其易推的特性，并不能直接反映音箱本身的音质和音色表现。很多专业音箱采用高灵敏度设计，提高电声转换功率但有些优秀的发热音箱为了保持瞬态响应特性，会降低灵敏度和效率。所以，扬声器的灵敏度对于扬声器和功放的匹配是非常重要的，但不能仅凭这个参数来判断扬声器的好坏。音箱的好坏还是应该以其音质和音色还原的表现为基础。

扬声器可以以多种方式分类，例如按换能器分类、结构形式、振膜形式工作频带等。在每一类中，有许多类型的扬声器，例如，根据能量转换的方式，可以分为电动扬声器、电磁式扬声器、压电式扬声器、离子式扬声器等。

很多领域都需要音箱，比如生活、信息传递领域、工程技术领域。而且每个领域的音箱都有很多种类型，比如根据生活领域的场景，可以分为家庭音响系统、手机和智能手机、游戏机和视频游戏、个人耳机等。