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扬声器是音响系统里面最常见的部件,属于最终回放声音的部件,也是决定最终声音效果最关键的部件。它是一种将电能转换为声音的换能器,你能从手机、平板、电视机或各种音响系统中听到节目源的声音都是它们的功劳。如果你在网上搜索扬声器的关键字就会出现各种各样外形,不同类型的扬声器图片,虽然它们的样子长得都不一样,但都是通过驱动空气,使空气分子的疏密程度发生变化,再传递到我们的耳朵里面让我们感知到声音。由于扬声器的类型实在太多,且应用广泛、涉及面甚广。因此,我们把话题定位到高保真音箱当中最常用的球顶扬声器和锥形扬声器里面。为什么要选择这两种类型扬声器?因为它们俩都是目前在技术上非常成熟,且大量生产的扬声器。如果大家在听音乐的时候,观察一下音箱上面的扬声器就会发现,高音扬声器的口径都比较小,而低音扬声器的口径都比较大,高音扬声器的口径又这么小,这是为什么呢?还有为什么要用硬度高的振膜呢?为什么要在振膜上有一圈圈的环状物?到底扬声器在发声的背后隐藏着什么秘密呢?如果你是一名专业人士,那么这些内容就未免太简单的,可以忽略。但如果你是一名影音小白,那么请阅读本次专题,你就能了解到一些关于扬声器的基本知识。

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本次专题主要内容包括:

第一、基本原理,结构及能量转换过程
第二、球顶扬声器与锥盆扬声器一直占据着主导地位
第三、锥形扬声器
第四、为什么口径大的扬声器有利于低频回放
第五、为什么口径越小的扬声器越有利于高频回放
第六、振膜的几何形状对锥盆扬声器在高频重放的影响
第七、球顶扬声器
第八、扬声器的振膜在振动时会发生什么情况
第九、扬声器的行程范围
第十、扬声器的失真
第十一、发烧友为什么要追求大口径的低音扬声器

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基本原理,结构及能量转换过程

球顶扬声器和锥形扬声器都属于电动式扬声器。电动式扬声器的原理就是把线圈放在磁场里,再接入交流电,线圈就会在磁场里产生前后往返运动。至于为什么会产生前后往返运动,请自行翻阅中学物理课本里面的“左手定则”和“右手定则”。当然,真正的扬声器还会复杂一点,还有磁铁、导磁板、支架(也叫盆架)、振膜(也叫音盆)、折环(用于连接振膜与音盆)、定心支片(也称弹波)等零部件。

刚刚说到扬声器是将电能转化为声音的换能器,而且也说到在一个通入交流电的线圈在磁场中做前后往返运动。其实扬声器从电能转换为声音的过程当中必须经历电能 → 机械能 → 声音的转换。也就是说,将电先转化为机械运动,然后由音圈带动振膜驱动空气,当然还有一部分能量是因为线圈通电发热产生热量给消耗掉。

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球顶扬声器与锥盆扬声器一直占据着主导地位

球顶扬声器与锥盆扬声器出现以来一直占据了主导地位,即使这么多年以来,人类不断地开发出各种新型的扬声器,但依旧没有对它们的主导地位造成动摇。其原因是它们的结构简单,生产容易,本身不需要很大的空间,可以大量生产。而且它们在扬声器多年的发展史上也在不断被改进,包括从材料、工艺、磁路等方面,性能可谓与时俱进。因而,不难发现在音箱里面,绝大多数都是采用球顶扬声器与锥盆扬声器。

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球顶扬声器通常用于高频,而少数用于中频播放,因为制作难度相对较大,例如,英国ATC、Volt,台湾TB Speaker就有球顶式的中音扬声器,也就是发烧友俗称的“馒头中音”,而锥形扬声器多用于中频,低频和超低频重放,也有用于全频声音重放锥形扬声器。

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锥形扬声器

锥形扬声器是历史最悠久的电动式扬声器之一,于 1925年由Edward W. Kellogg和Chester W. Rice获得专利,美国专利号为 1,707,570。锥形扬声器来自英文“Cone Speaker”,因为振膜的几何形状为圆锥形而得名。

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锥形扬声器的结构可以分为三个部分:

1.振动系统部分:包括振膜、音圈、定心支片、防尘罩等;

2.磁路系统部分:包括导磁板、导磁柱、磁体等;

3.辅助系统部分:包括盆架、压边、接线端子、相位塞等;

锥形扬声器在国内以前也有人称它为纸盆扬声器,因为我们那时候经常接触到的锥形扬声器,其振膜主要采用纸张制作而成,这实际上是一种误解。尽管当今的锥形扬声器的振膜依然有采用纸制造,像专业音响里面的中音扬声器、低音扬声器的振膜通常都是纸盆。但同时也出现了其他材料(如金属材质、高分子材料)制作的振膜,这类锥形扬声器大多数应用在家用音响领域。

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因为锥形扬声器多用于中频、低频和超低频重放,所以它们的振膜口径都比较大,常见的有4英寸、6.5英寸、8英寸、10英寸、12英寸等等,甚至还有口径更大的锥形扬声器,例如,Ascendo的SMSG50超低音音箱,振膜的口径达到50英寸!因此,振膜的口径越大,意味着锥形扬声器的有效驱动空气面积越大,能驱动更大量的空气,而且振膜的口径越大,可以发出频率更低的声音,但同时也需要更大的功率驱动。

未完待续

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