锥形扬声器简述

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所属分类:音箱设计

(1)锥形扬声器的特点

锥形扬声器是目前应用最广泛的扬声器。锥形扬声器根据锥盆形状的不同通常有圆形扬声器和椭圆形扬声器两种,椭圆形扬声器主要是为了适应电视机和缩小收音机体积的需要而设计制造的,且前在电视机和汽车音响中使用较多,圆形扬声器的标称尺寸通常用扬声器盆架的最大直径表示,椭圆形扬声器的标称尺寸则用椭圆的长短轴表示,单位cm或mm表示,习惯上常用英寸表示,两者之间的关系是1英寸等于25.4mm。如我们平时所说的8寸扬声器,它的盆架外径为200mm;4×6寸扬声器的盆架尺寸为100×160mm。锥形扬声器根据不同的使用频率范围可分为全频带扬声器、低频扬声器、中频扬声器和高频扬声器四种;根据锥盆材料的不同又可将锥形扬声器分为纸盆扬声器、羊毛盆扬声器和聚丙烯盆扬声器等。其中以纸盆扬声器使用最为广泛。由于锥形扬声器具有结构简单和价格便宜的优点,因此,目前收录机、电视机以及不少Hi-Hi扬声器音箱仍大量使用锥形扬声器。

扬声器(喇叭)结构

锥形扬声器(喇叭)结构

(2)锥形扬声器的结构

锥形扬声器是一种直接辐射式扬声器,它通过一个呈圆锥形的锥盆直接向周围空间辐射声波,锥形扬声器的基本结构如图1-4所示。从图中我们可以看出,一只完整的锥形扬声器主要由盆架、锥盆、折环、防尘罩、音圈、定位支片、极芯、上下夹板和磁体等组成。由于锥形扬声器的锥盘面积可以做得较大,并能达到较大的振幅,因此,锥形扬声器的低频响应通常可以做得较好。由于这些原因,在当今各种新型的球顶扬声器、号筒扬声器和带式扬声器不断涌现的情况下,锥形扬声器仍以其独到的良好低频响应在众多的扬声器中独领风骚,在超低频和全频带等应用领域起着主导作用。锥形扬声器的各种零部件根据其不同的作用可分成振动系统、磁路系统和辅助系统三大部分。

①振动系统。振动系统由锥盆、定心支片、防尘罩和音圈组成。

对扬声器性能影响最大的是锥盆。锥盆是图形或椭圆形的锥形振膜,它的根部与扬声器音圈刚性连接,当音圈在磁气隙中垂直振动时它即作相应的轴向运动,使锥盆前后的空气发生疏密变化。锥盆是扬声器的主要发声部件,在一定程度上决定了扬声器的重放有效频率范围和失真大小。自从1925年锥形扬声器诞生以来,锥形扬声器用来辐射声波的锥盆一直使用纸质锥盆,因此,人们常把锥形扬声器叫做纸盆扬声器。我们知道锥形扬声器是靠锥盆的上下振动发声的,由于锥盆在扬声器盆架上的这种上下垂直运动很像发动机中活塞在气缸里的上下运动,因此,扬声器锥盆的这种运动又叫锥盆的活塞运动。锥形扬声器的锥盆面积一般都较大,工作时锥盆的振幅也较大,锥盆在推动周围大量空气的同时,锥盆会出现一定程度的扭曲变形,使扬声器锥盆整体的刚性运动遭到破坏,整个锥盆不同部位之间出现相对运动,锥盆不同部位之间的这种运动称为锥盆的分割振动。当扬声器的工作频率高于某一频率时锥盆的这种扭曲变形情况会显得更为严重,当锥形扬声器的锥盆出现分割振动时扬声器的失真会明显增大。由于锥形扬声器的分割振动是因锥盆的刚性不好引起的,因此,增加锥盆的刚性、改善锥盆的各项综合性能指标就成了人们努力的方向。为了使扬声器具有良好的性能指标,扬声器振膜的制作材料应具有密度小、机械强度大和内部阻尼适中3个特点。传统的锥盆大多用纸浆打捞制成,俗称纸盆。近年来,为了改善锥盆扬声器的电声性能,随着高分子材料的发展,许多用高分子复合材料制作的锥形振膜如碳纤维编织盆、石墨强化PP盆、玻璃纤维编织盆、防弹盆和羊毛盆等纷纷在锥形扬声器中得到应用。由于这些高分子材料物理性能的不同,用这些材料制成的锥形振膜往往具有各自不同的优点,从而使扬声器具有不同的频率响应和音色特点。目前国外一些公司生产的扬声器已经使用一种生物锥盆,这种锥盆用一种从海带等褐藻类中提炼出的藻朊酸丝状物经化学处理加工后形成的藻朊酸纤维取代碳酸纤维,这种藻朊酸纤维的直径只有20~50μm,由于这种锥盆具有重量轻和刚性好的特点,从而能有效地抑制扬声器的高频共振,拓宽扬声器的频率范围。然而值得注意的是迄今为止我们还法找到能同时满足上述三个基本要求的振膜材料,上述的每一种振膜材料在具有某种优点的同时往往伴随着另一种不足。

定心支片是振动系统中影响扬声器品质的又一重要元件,定心支片的硬度是决定扬声器谐振频率的因数之一,定心支片振动时振幅的线性程度也在一定程度上影响扬声器的失真大小。定心支片通常是种用亚麻布浸渍酚醛树脂后热压制成的波纹形圆环,它的外端粘接在场声器的盆架上,内孔则与扬声器的音圈和锥盆刚性地粘接在一起。定心支片的主要作用是保持音圈在扬声器磁气隙中的正确位置、要求它的轴向顺性大,使音圈能在磁气隙中垂直振动不受阻碍,径向则要求能可靠地限制音圈的左右移动,使音圈不与夹板或极芯接触,从而使扬声器具有良好的机械强度和电声特性。它的另一作用是防止外部灰尘进入磁气隙。

防尘罩是一种用纸质或聚酯塑料等材料制成的球顶状防护罩,安装在锥盆根部与音圈结合部。它一方面可以用来增加结合部的刚性,改善扬声器的高频特性;另一方面可防止金属屑和灰尘进入磁气隙。由于扬声器的高频能量主要靠锥盆的中部辐射。因此,防尘罩的形状和所用的材料对扬声器的高频频响有很大的影响。

音圈是场声器的驱动元件,它通常用圆漆包线在纸质等材料的圆柱形骨架上绕制,整个音圈分两层或四层绕制,目的是使线圈的引出线两端均朝向锥盆一侧,使引出线能牢固地焊接在锥盆上。为了更有效地利用磁路气隙,提高扬声器的性能,有时整个扬声器音圈用扁平漆包线绕制。为了防止大功率扬声器的音圈在流过较大音频电流时因过热而损坏,近年来,一些Hi-Fi用扬声器已采用铝镁合金音圈骨架,它具有良好的刚性和散热性能。一些高档扬声器甚至使用比铝镁合金性能更优越的KAPTON高分子材料制作音圈骨架。这种新型材料最初应用于航空工业,工作温度可达350度的弹性恢复力也明显优于铝镁合金,这种材料制作音圈骨架可以使扬声器音圈在高温下不容易变形。

②磁路系统。磁路系统包括磁体、上下夹板、极芯和磁气隙。

磁体是一种用硬磁性材料烧结而成的圆环,它的作用是在场声器磁气隙中产生一个具有一定磁感应密度的恒磁场。目前大多数扬声器均使用锶或钡铁氧体磁体,铁氧体具有矫顽力高和剩磁磁通密度较低的特点,以及耐氧化、耐腐蚀、重量轻等优点,但缺点是剩磁较低、温度系数太大、易碎。一些新型的扬声器从缩小体积或提高扬声器技术性能指标等方面考虑,常使用性能更好的铝镍钴或钕铁硼磁体。

上、下夹板是一种用导磁性能良好的低碳钢或纯铁制成的圆环形铁板,极芯是用同种材料制成的圆柱形铁芯,极芯和下夹板通常直接铆合在一起。它们的作用是给磁体所产生的磁场提供一个磁回路,并在上夹板和极芯之间形成一个均匀的磁气隙。由于扳芯和下夹板铆合接触面常常存在较大的磁阻,使扬声器磁气隙的磁感应密度受到一些影响。近年来,一些高档扬声器的下夹板和极芯大多已用整块优质纯铁冷挤成型,称为一体化T铁。这种一体化T铁没有铆合具有导磁高、磁场失真小的优点。为了使音圈在磁气隙中随音频信号的变化线性地产生位移,磁气隙中的磁场应保持均匀对称。在狭窄的磁气隙中确实可以得到良好的均匀磁场,但磁力线会离开磁气隙的空间范围,在磁气隙的两边产生漏磁场。传统的扬声器采用普通的圆柱形磁极芯,由于磁路结构不对称必然会产生不对称的漏磁场,引起扬声器的非线性失真。为了尽量减轻这种因不均匀漏磁场而引起的非线性失真,目前一些H-Fi用扬声器大多采用全对称磁路,即将通常的圆柱形磁极芯加工成工字形,或者在磁极芯顶部加工出一个角度。

③辅助系统。辅助系统包括盆架和垫片等。

盆架的作用是将锥形扬声器的振动系统和磁路系统组合成一个牢固的整体。锥形扬声器的盆架大多是薄钢板冲制成有斜壁的环状体,一些大功率Hi-Fi用扬声器为了进一步减小因盆架振动而引起的失真,这些扬声器的盆架则用铝合金浇铸或冷挤成型。低频扬声器为,能很好地重放低音,它的谐振频率一般都设计得较低,扬声器工作时锥盆的振动幅度较大。倘若锥盆与盆架之间的空间过小,锥盆振动时受到锥盆后侧的空气阻力过大,会引起扬声器的

谐振频率增高,因此,低频扬声器盆架的斜壁上通常都开有4个或6个花档冲孔,它的作用是避免锥盆振动时被封闭在锥盆和盆架之间的空气给振动系统增加一个额外的负载。为了增加盆架的机械强度,盆架上一般都设有特殊的皱折和凸筋。中频和高频扬声器由于谐振频率较高,锥盆的振动幅度较小,锥盆和盆架之间的空间已能满足要求,盆架上下设有上述通孔密封的后腔能有效地防止锥盆后侧发出的声波与其它扬声器发出的声波相互干扰。

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