扬声器

扬声器（Loudspeakers）又称喇叭，是一种常用的电声转换器件，最早由赖斯和凯洛格在1924年获得了扬声器专利，这也是现代扬声器的雏形。 1930年，Bostwick制成了高频号筒扬声器，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，扬声器在提高品质、普及率以及电声理论和测量技术等方面取得了不少成就。到2019年，非线性模型、主动控制系统、MEMS扬声器和音质评价等理论和技术不断成熟并广泛应用，扬声器领域正式迎来新的挑战与机遇。

自从佩奇（Page）在1837年发现了电发声原理以来，扬声器技术取得了持续的进步。不久后，于1876年2月14日，美国的贝尔（A.G.Bell）和沃森（Osen）成功申请了电话专利。随着时间的推移，声音的传输和再现方式也发生了改变。例如，在1877年，爱迪生（Edison）使用了一种特殊的装置来录制和播放音乐，这个装置采用了一个圆柱状的锡箔。这个锡箔会被唱针沿着声槽移动，引发振膜的振动，最终将声音从号筒中发出。早期的实验都涉及将电信号转化为可听的声音。科学家和工程师们主要依靠电磁感应原理，即通过电流流过线圈来产生磁场，从而导致与线圈相连的振动膜或薄膜振动，从而产生声音。随着技术的不断改进，扬声器的设计也发生了演变。一项重要的改进是采用了舌簧扬声器，它用纸盆代替了金属膜片，并采用了直接辐射形式，这使音质得到了明显的改善。然而，扬声器的最早发明要追溯到1877年，德国科学家的西门子（E.W. Siemens）在电报发报机研究中心提出了相关专利。另外，1898年洛奇（O.J. Lodge）也申请了英国专利，为扬声器的发展做出了贡献。此外，1890年怀特（A. White）发明了肩背式送话器，它可以看作是现代电话机的原型，为通信技术的发展奠定了基础。

早期的扬声器

平衡式磁性扬声器（舌簧扬声器）

贝尔受话器示意图

20世纪初至中期，电动扬声器经历了多次关键性改进和创新。早期采用薄膜和电磁振动器的扬声器虽然声音质量和效率有限，但为后来的发展铺平了道路。1911至1921年期间，出现了杠式声器，E.C. Weute发明了静电传感器，美国西部电公司（Westem Electric）开始将最初的扬声器（"电话话器"）用于声音扩音，韦伯斯特（A.G. Webeler）首次引入数学方法于扬声器设计，同时Magnavox公司生产了号角扬声器。1922年至1932年，西门子的格洛克（E.G. Terlach）发明了带式电声换能器，Kellev提出了背后开放式障板和密闭箱的概念，美国通用电器公司的切斯特·赖斯（C.W.Rice）和爱德华·凯洛格（E.W.Kollogg）在研究试验室获得了扬声器专利，在这之后，他们又发明了与电动式扬声器类似的工作原理的扬声器。1929年至1939年间，扬声器技术又经历了多个关键发展，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型钨钢磁体电动式扬声器、压电式传声器和动圈式双指向传声器的创新，此外，单指向传声器、曲线式纸盆扬声器、曲径式扬声器箱和多声道扬声器箱等新产品也相继出现。

扬声器技术在20世纪中后期又经历了多个重要阶段的发展。其中，兰辛（J.B.Lancing）开发的同轴型扬声器系统、克莱因（S.Klein）提出的离子扬声器和无缝纸盘扬声器、小型扬声器的普及以及纸盆防潮工艺、大型平板扬声器、海尔式扬声器、CD唱机、计算机辅助设计等创新和技术进步，都为扬声器行业的发展贡献了重要力量。而21世纪的NXT扬声器则在原理、结构和设计上带来了全新的革命性变革，使得扬声器更加高效且经济实惠，这一系列发展推动了扬声器技术的不断演进和提升。20世纪70年代年， EV 公司的 D.B凯利(Keele)设计了称为 HR 系列的号简，俗称“白号简扬声器”，阿尔泰克公司的 C.A.亨利克森（Henricksen)和 M.S.尤里达(Ureda)发展了不是锥形、指数型或双曲线型扩展的新数学模型。直至20世纪末，扬声器的高素质化、普及化、以及在电声理论、测量技术等方面都取得了不少的成就。截至2019年，扬声器非线性模型、主动控制系统、MEMS扬声器、测量和音质评价等的理论和技术日益成熟并得到广泛应用，扬声器领域正面临着新的变革，机遇与挑战并存。

杠杆式扬声器

带式扬声器

海尔式扬声器

中国新型扬声器的型号命名由四部分组成：第一部分用字母“Y”表示产品名称为扬声器。第二部分用字母表示产品类型，“D”为电动式。第三部分用字母表示扬声器的重放频带，用数字表示扬声器口径 （单位为 mm）。第四部分用数字或数字与字母混合表示扬声器的生产序号。新型扬声器的型号命名及含义如图所示。

新型扬声器的型号命名及含义

扬声器拥有电动式、电磁式、电动式、锥形扬声器等多种类型，本章节重点介绍锥形纸盆扬声器的组成结构。锥形纸盆扬声器是电动扬声器中，最普通、产量最大、应用最广的扬声器，除用于收录机、电视机外，扩声系统、家庭音响多采这种扬声器。以纸盆扬声器的结构为例，锥形纸盆扬声器是由磁回路系统 （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，它是用很细的铜导线分两层绕在纸管上，一般绕有几十圈，放置于导磁芯柱与导磁板构成的磁缝隙中。音圈与纸盆结构在一起，音圈振动带动着纸盆振动。纸盆：纸盆是扬声器的辐射器件，并在相当大的程度上，决定着扬声器的放声性能。制作纸盆的材料很多，一般有天然纤维和人造纤维两大类。天然纤维通常采用棉、木材、羊毛，绢丝等;人造纤维则采用人造丝、尼龙、玻璃纤维、碳纤维等。纸盆的类型有直线形、指数形、抛物线形和波纹环形等，无论哪种纸盆，既要质轻又要有良好的刚性、而且不能因环境温湿度变化而变形。折环：为了保证纸盆沿扬声器的轴向运动、限制横向运动，在纸盆周边设有折环。折环也是纸盆的支持部分，以保证纸盆与盆架良好配合，同时起着阻挡纸盆前后空气流通作用。折环的材料除用纸盆材料外，还利用塑料簿膜、泡沫塑料、天然橡胶等材料，经过热压粘接到纸盆上。定心支片：音圈和纸盆的结合部位，是用定心支片来支持的，以保持正直而不歪斜。定心支片上面有许多同心圆环，使音圈在磁隙中可以自由地上下移动，而不作横向移动，从而保证音圈在磁隙中不与导磁板相碰。定心支片上的防尘罩，是为了防止外部灰尘落入磁隙，以免造成灰尘与音圈摩擦产生异常声。

纸盆扬声器的结构

扬声器它是一种将电能转换成声能的器件，有舌黄式、晶体式、动圈式等几种，常用的是动圈式。动圈式扬声器主要由环形永久磁铁、音圈架、音圈、纸盆架、纸盆等部件组成。在磁铁的磁场缝隙间套着一个能自由移动的线圈，叫音圈。音圈先粘在音圈架上然后再与纸盆粘接在一起，纸盆又固定在纸盆架上。当音频电流通过扬声器音圈时，音圈在磁场中受到磁场力的作用会发生振动，音圈的振动带动纸盆振动，从而发出声音。音频电流越大，作用在音圈上的碰场力也就越大，音圈和纸盆振动的幅度也越大，从而产生的声音就越响。由于音频电流的大小和方向不断变化，就使扬声器产生随音频变化的声音。

在扬声器的技术参数中，功率包括标称功率、起步功率最大承载功率3个方面。标称功率也叫额定功率，是指音箱能够长时间正常安全地工作的输入电功率。音箱在标称功率下工作时，一切元器件在允许范内，重播音色好，单元产生的失真较小。从另一个角度讲，额定功率是指扬声器(或音箱)在一定的谐波失真范围内，所允许的最大正常输入功率。起步功率是指扬声器(或音箱)能被推动的基准值。一般音响的起步功率为10~50W，所以在选配音箱的功放输出功率必须要大于音箱的起步功率。最大承载功率是指扬声器(或音箱)在短时间内所能承受的最大功率。这个功率值表现了音箱在短时间内所允许加入的最大电信号功率值。在选配功放时功放的输出功率不应大于音箱的最大承载功率值，否则会对扬声器造成损害，甚至烧毁。

阻抗是指扬声器的额定输入阻抗值。在一段直流电路中，电子元件会有阻碍电流的属性，即电阻;而在交流电路中这种属性即为阻抗。目前家庭影院中使用的音箱中，一般的额定输入阻抗在 4~16

之间并以

、

、

的音箱最为常见。应该注意的是，由于扬声器中所通过的是交流信号，因此扬声器的阻抗值是随音频信号频率变化而改变的，额定输入阻抗只是在共振峰后扬声器所呈现的最小阻抗，而用万用电表来测量接线柱所得到的电阻值，并非扬声器的额定输入阻抗。

音箱的重播信号中不应有其他新产生的信号出现，但实际上，由于扬声器单元的振动特性，音箱发出的信号中除了基频信号外，还存在新产生的倍频信号，这在技术上被称为二次谐波、三次谐波等，由这些新生谐波所产生的还音失真称为“谐波失真”。音箱的二次及三次谐波失真对音箱重播的影响最大，因此谐波失真小的音箱，还音效果就好。谐波失真一般以谐波成分占总输出信号的百分比来表示。一般的音箱允许较低的谐波失真存在，但谐波失真不应影响基频信号的再现。

从音响的保真度来说希望从20Hz 至 20kHz 的整个频段内扬器与放大器的频响特性相一致，能够放出所有音调的声音。这种要求很难用一个扬声器来实现，所以家庭影院的音响设备几乎都采用高、中、低音的扬声器搭配重放出不同音频段的声音，使扬声器系统的频率特性符合音箱设备要求。频率特性是指音箱的再现频率能力。在给音箱输入固定电压信号，改变输入信号的频率时，音箱的信号输出将随输入信号频率的变化而变化，音箱的输出信号在

2dB 或

3dB 的范围内所对应的输入频率范围即为音箱的频响范围，这个参数一般在 40~30kHz之间。值得指出的是，很多组合音响为了达到商业目的其音箱的频响范围多标为 20~20kHz覆盖了人耳的听音极限，但这是音箱输出信号在大于

3dB 的情况下得出的结果。若将音箱的输出信号限定在

3dB 以内则其音箱的频响将变窄。

扬声器的频响特性

扬声器的灵敏度，是用来衡量扬声器是否容易被推动的一项技术参数。它是指在输入1W标准电功率时在距离正前方 1m 远处所测得的声信号的大小。这个声信号一般应在 80~95dB之间专业级音箱可达 100dB 以上。由于输入的电功率一样，因此灵敏度数值越高说明扬声器的换能效率越高。音箱的灵敏度主要反映其易于被推动的特性，但并不直接反映音箱自身的音质和音色表现。许多专业音箱采用高灵敏度设计，以提高电声转换功率，然而，一些出色的发烧级音箱为了保持瞬态响应特性，会降低灵敏度，降低音箱的效率。因此，音箱的灵敏度对于音箱和功放的匹配至关重要，但不能单凭这个参数来评判音箱的质量。音箱的好坏仍然应该以其音质和音色再现的表现为主要标准。

扬声器拥有多种分类方式，如按换能方式、结构形式、振膜形式工作频段等方式来分类。而每种分类中又有多种类型的扬声器，比如要按换能方式来划分，可分为电动式扬声器、电磁式扬声器、压电式扬声器、离子式扬声器等。

JA-4280号筒扬声器

H-40号筒扬声器

电磁式扬声器外形

压电式扬声器外形

电动式扬声器

纸盆式扬声器

号筒扬声器

带式扬声器

扬声器在很多领域都需要用到，如生活领域、信息传递领域、工程技术领域。而每个领域中又有多种类型的扬声器，比如按在生活领域场景来划分，可分为家庭音响系统、手机和智能手机、游戏机和电子游戏、个人耳机等。

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