動圈式揚聲器

揚聲器（德語：Lautsprecher；英語：Loudspeaker；西班牙語：Altavoz），俗稱喇叭，是一種轉換電子信號成為聲音的換能器、電子組件，可以由一個或多個組成音響組。

揚聲器是由電磁鐵、線圈、喇叭振膜組成。揚聲器把電流頻率轉化為聲音。物理學原理，當電流通過線圈產生電磁場，磁場的方向為右手法則。假設，揚聲器播放C調，其頻率為256Hz，即每秒振動256次，揚聲器輸出256Hz的交流電，每秒256次電流改變，發出C調頻率。當電線圈與揚聲器薄膜一起振動，推動周圍的空氣振動，揚聲器由此產生聲音。

人耳可以聽到的聲波的頻率一般在20赫茲至20000赫茲之間，所以一般的揚聲器都會把程序設定在這個範圍內。工作原理和上述相同。能量的轉換過程是由電能轉換為磁能，再由磁能轉換為機械能，再從機械能轉換為聲音。

揚聲器的最終性能，是依靠人耳的聽感決定的，所以這個結果可能會因人而異。不過，還是可以將揚聲器許多方面的特性通過數據的形式表達出來的。一些常見參數包括：

揚聲器為一個揚聲系統內最多變的元素，每種聲音設備都有可能不同。揚聲器的分類方法有很多，比如可以按照工作方式、形狀等來區分。

按其工作原理來分可分為電動式揚聲器、電磁式揚聲器、壓電式揚聲器、電極式揚聲器和等離子體揚聲器。

電動式揚聲器

它的工作原理是讓電流通過線圈產生磁場，利用這個激勵出來的磁場和揚聲器原有的磁場作用產生振動，它是最常用的揚聲器。電動式揚聲器大致分為四個主要部分：

壓電式揚聲器

利用壓電效應，電流通過時產生振動，驅動振膜產生聲音。

實際上就是電容式，在電容的兩極之間施加巨大的電壓從而利用靜電場產生電場力，驅動振膜運動。雖然早在20世紀30年代就發明出了電極式揚聲器，但電極式揚聲器成本極高。

電弧擊穿空氣引起共振發聲，是現有的揚聲器中音質最好的。發聲組件、放電電極體積小。發聲部分是電極和電弧，放電電極是兩個尖端。電弧擊穿空氣時有臭氧產生。

早在1900年就有人提出等離子體揚聲器的概念，此後又有人嘗試過商業化，但始終沒大規模流行，關鍵在於還存在不少問題：

按振膜形狀不同，可以將揚聲器分為錐形、平板、球頂、號角式等。

是目前應用最廣泛的喇叭。還可分為圓形、橢圓形等。圓形揚聲的尺寸通過最大直徑表示，橢圓形的尺寸則用橢圓的長短軸表示。

錐形喇叭的圓錐形振膜必然會產生氣室，這個氣室會造成共振使得性能變壞。而平板揚聲器則可改善這種現象。

指向性較高，它的振膜通常由金屬構成，常用於高音單元。

號角揚聲器主要原理不同錐形揚聲器相同，只不過它的聲音是經由號筒輻射到空間的間接輻射。

揚聲器是一種把電信號轉變為聲信號的換能器件，揚聲器的性能優劣對音質的影響很大。揚聲器在音響設備中是一個最薄弱的器件，而對於音響效果而言，它又是一個最重要的部件。揚聲器的種類繁多，而且價格相差很大。音頻電能通過電磁，壓電或靜電效應，使其紙盆或膜片振動並與周圍的空氣產生共振（共鳴）而發出聲音。

低檔塑料音箱因其箱體單薄、無法克服諧振，無音質可言(也有部分設計好的塑料音箱要遠遠好於劣質的木質音箱)；木製音箱降低了箱體諧振所造成的音染，音質普遍好於塑料音箱。

通常多媒體音箱都是雙單元二分頻設計，一個較小的揚聲器負責中高音的輸出，而另一個較大的揚聲器負責中低音的輸出。

挑選音箱應考慮這兩個喇叭的材質：多媒體有源音箱的高音單元現以軟球頂為主(此外還有用於模擬音源的鈦膜球頂等)，它與數字音源相配合能減少高頻信號的生硬感，給人以空靈、細膩的感覺。多媒體音箱現以質量較好的絲膜和成本較低的PV膜等軟球頂的居多。

低音單元它決定了音箱的聲音的特點，選擇起來相對重要一些，最常見的有以下幾種：紙盆，又有敷膠紙盆、紙基羊毛盆、緊壓制盆等幾種。

常見揚聲器

紙盆音色自然、廉價、較好的剛性、材質較輕靈敏度高，缺點是防潮性差、製造時一致性難以控制，但頂級HiFi系統中用紙盆製造的比比皆是，因為聲音輸出非常平均，還原性好。

防彈布，有較寬的頻響與較低的失真，是酷愛強勁低音者之首選，缺點是成本高、製作工藝複雜、靈敏度不高輕音樂效果不甚佳。

羊毛編織盆，質地較軟，它對柔和音樂與輕音樂的表現十分優異，但是低音效果不佳，缺乏力度與震撼力。

PP(聚丙烯)盆，它廣泛流行於高檔音箱中，一致性好失真低，各方面表現都可圈可點。此外還有像纖維類振膜和複合材料振膜等由於價格高昂極少應用於普及型音箱中。

揚聲器尺寸自然是越大越好，大口徑的低音揚聲器能在低頻部分有更好的表現，這是在選購之中可以挑選的。用高性能的揚聲器製造的音箱意味着有更低的瞬態失真和更好的音質。普通多媒體音箱低音揚聲器的喇叭多為3～5英寸之間。用高性能的揚聲器製造的音箱也意味着有更低的瞬態失真和更好的音質。

我們最常見的電動式錐形紙盆揚聲器。電動式錐形揚聲器即過去我們常説成紙盆揚聲器，儘管2014年振膜仍以紙盆為主，但同時出現了許多高分子材料振膜、金屬振膜，用錐形揚聲器稱呼就名符其實了。錐形紙盆揚聲器大體由磁迴路系統（永磁體、芯柱、導磁板）、振動系統（紙盆、音圈）和支撐輔助系統（定心支片、盆架、墊邊）等三大部分構成。

1．音圈：音圈是錐形紙盆揚聲器的驅動單元，它是用很細的銅導線分兩層繞在紙管上，一般繞有幾十圈，又稱線圈，放置於導磁芯柱與導磁板構成的磁疑隙中。音圈與紙盆固定在一起，當聲音電流信號通入音圈後，音圈振動帶動着紙盆振動。

2．紙盆：錐形紙盆揚聲器的錐形振膜所用的材料有很多種類，一般有天然纖維和人造纖維兩大類。天然纖維常採用棉、木材、羊毛、絹絲等，人造纖維則採用人造絲、尼龍、玻璃纖維等。由於紙盆是揚聲器的聲音輻射器件，在相當大的程度上決定着揚聲器的放聲性能，所以無論哪一種紙盆，要求既要質輕又要剛性良好，不能因環境温度、濕度變化而變形。

3．折環：折環是為保證紙盆沿揚聲器的軸向運動、限制橫向運動而設置的，同時起到阻擋紙盆前後空敢流通的作用。折環的材料除常用紙盆的材料外，還利用塑料、天然橡膠等，經過熱壓粘接在紙盆上。

4．定心支片：定心支片用於支持音圈和紙盆的結合部位，保證其垂直而不歪斜。定心支片上有許多同心圓環，使音圈在磁隙中自由地上下移動而不作橫向移動，保證音圈不與導磁板相碰。定心支片上的防塵罩是為了防止外部灰塵等落磁隙，避免造成灰塵與音圈摩擦，而使揚聲器產生異常聲音 ^[1]  。

動圈式揚聲器（又稱電動式）。在談動圈式揚聲器的基本原理前，先列一下電動式換能器的基本原理。

揚聲器的音圈中，當流有交流電流時，根據左手定則，產生的驅動力為BlI（B為磁極隙縫的磁感應強度，l為音圈長度，I為音圈電流大小）。如果再給音圈以 F力驅動時，機械系統共有（F+BlI）的驅動力。因此，振膜的速度V(m/s)與振動系統的力阻抗zm(N*s/m)之前有如下關係：zmV=F+ BlI (1)

另一方面，當振膜以V(m/s)的速度振動時，根據右手定則，音圈中將感應-BlV的電動勢，設外加電路的電壓為E，則共有(E-BlV)的電動勢。設音圈的電阻抗為Ze，流過的電流為I,則根據基爾霍夫定律，有：ZeI=E-BlV (2)

(1)(2)式就是電動式換能器的基本公式，式中的係數Bl是電系統與機械系統相關的量，稱為力系數，表示為A=Bl

當電路的端電壓E由電動勢為E0,內阻抗為Z0的電源供給時，作用到振膜的驅動力F可認為是由激勵力F0，內部阻抗為z0的聲源所供給，即 E=E0-Z0I,F=F0-z0V; (3)

將(3)式代入(1)(2)式得：E0=(Z0+Ze)I+AV,F0=(z0+zm)V-AI; (4)

對於揚聲器來説，只考慮電信號驅動，於是F0=0,(4)式變為

E0=(Z0+Ze)I+AV,0=(z0+zm)V-AI; (5)

解(5)式,消去V得 E0=(Z0+Ze+A^2/(z0+zm))I (6)

從上式可以看出，除電源的內阻抗Z0、音圈的阻抗Ze以外，還附加有第三項，由這一項可以看出，力阻抗越小時，越容易振動，力系數越大時，振動也越大。這是由於振動系統振動而附加的一項，稱為動生阻抗，動生阻抗Zem=A^2/(z0+zm) (7)

於是，換能器的輸入電阻抗 ZF=Z0+Ze+Zem (8)

前兩項Z0+Ze為振動系統固定不振動時的輸入電阻抗，稱為阻尼阻抗。ZF為振動系統在能夠自由振動的狀態下的輸入電阻抗，稱為自由阻抗。

根據6式可以得到電動式換能器的簡單等效電路圖，電動式換能器的效率為Zem/ZF。當動生阻抗Zem越大時，電聲換能器的效率越高。

動圈揚聲器的固有頻率對於其低頻性能有十分重要的影響。如果需要降低其固有頻率，可以採用兩方面措施：

1. 增加系統質量，即增加音圈與紙盆的質量

2. 減小系統的彈性係數，即使紙盆邊緣的折環部分更為柔順