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扬声器的声音是怎么发出来的
来源: | 作者:西派电子 | 发布时间: 6天前 | 95 次浏览 | 分享到:
音响讯号是将音乐声波的波型转为电气讯号的波型,所以也只要将讯号的波型同样推动空气就可以发出音乐的声音。音响系统中担任这个将电气讯号转换为声音的器材,就是「扬声器」也就是一般俗称的「喇叭」。目前人类的科技要将电能转换为音波,最主流的技术还是「电磁」方式,目前市面上的扬声器主要也都是采取电磁原理设计制作的。 完整的扬声器会包括几个部份:喇叭单体、分频网络、音箱这三大区块,我们就分门别类来讨论。
首先就是喇叭单体,基本上来说就是将麦克风的工作原理倒过来,以电气讯号输入在磁力系统里音圈上的线圈,线圈会随着讯号产生磁性变化,而带动音圈在磁力系统中以声音的波形运动。音圈再推动喇叭单体的振膜或音盆,以推动空气产生音波,声音就这样发出来了。
说来确实并不困难,不过要将电气讯号尽可能地依原来应有的波形、响应等低失真的情况发出声音就是另外一回事了。音频范围由低频(20Hz)到高频(18kHz)超过了十个八度音程,单一喇叭单体要能涵盖这个音频范围,在音量方面就会受到结构的限制。不过现在全音域单体技术成熟发达,市面上已经有不少性能还不错的全音域单体供货销售了。



当然要建构能发出大音量高带宽的扬声系统,就需要将不同音域配置给不同特性的单体,诸如低频域(300Hz以下)配置给低音单体、中频域(300Hz-2500Hz)给中音单体,高频域(2500Hz以上)给高音单体分别发音,整合成完整的音域。低频因为需要推动大量的空气,所以需要最大的振膜/音盆;中音域需要推动的空气量较少,因此音盆口径与单体尺寸也更小更轻;而高音域只需要推动最少的空气,因此高音单体也是振膜与体型最轻小的。
基本上来说,单体音盆/振膜口径愈大,质量就愈重能推动愈多空气,但也具备更大的惯性所以反应的速度会降低,因此适合更低的频率;反之单体的振膜口径愈小质量愈轻的,就具备更快的反应速度,能发出更高的频率,但相对能推动的空气量就有限。这也是为何市面上稍有体积的扬声器,都会配置多音路与多个单体整合发音。
当然这样的话就要将扩大机的电气讯号分出高低音路甚或中音路,也就是所谓的「分频」。一般说来扬声系统的分频方式有两种做法,最主流的方式就是以被动分频网络,将扩大机的讯号分出频率范围不同的音路出来。而被动分频网络说穿了就是被动的电感、电容与电阻所构成的「滤波器」,将该音路的音域范围以外的频段予以滤除,而只剩下所需的频段能够通过。所以扬声器统设有几个音路,也就会有几组滤波网络来构成分频网络,分别驱动负责不同音域的单体。



另外一种做法是「电子分音」,是由讯号还在前级输出的阶段,就输送至电子分音器,分出所需频段的各音域,不过采用的是主动式的电子分音电路,一般说来分频效果会比起被动分频网络要来得更好。但分频出来的不同音路就需要个别不同的扩大机去推动各音路的单体,因此会大幅提升扬声系统的成本;通常电子分音都是由比较大型的扬声系统所采用(还有会另文介绍的专业鉴听扬声器)。 最后这些不同音路的单体当然要装置起来成为一组完整的扬声系统,不过还需要进一步考虑的,是单体前后往复震动推动空气发出声音,其前后的声音是「反相」的,如果不进一步处理的话,会在聆听空间中产生彼此抵消的效应,因此需要「装箱」将单体后方发出的「背波」做进一步的处理。一般说来每只单体都会有独立的空间来处理背波,中高音若是单体的体积较小,单体出厂时就会建置密封的背腔预先处理。
所以扬声器音箱最主要还是针对某些口径较大的中音与低音单体设计。目前扬声器音箱设计有两种主流方式:密闭式与开放式,开放式的主流是低音反射式,也就是让音箱的低音腔室容量与反射导管的口径与长度经过计算,与单体的低频特性调谐以产生更大量(适量)的低频表现。但密闭式的音箱容积依然要经过考虑单体特性的计算,让低频可以得到最低频率的延伸。