揚(yáng)聲器（Loudspeakers）又稱喇叭，是一種常用的電聲轉(zhuǎn)換器件，最早由賴斯和凱洛格在1924年獲得了揚(yáng)聲器專利，這也是現(xiàn)代揚(yáng)聲器的雛形。 1930年，Bostwick制成了高頻號筒揚(yáng)聲器，8年后“勵(lì)磁式”揚(yáng)聲器被“永磁式”揚(yáng)聲器所取代。20世紀(jì)中后期，揚(yáng)聲器在提高品質(zhì)、普及率以及電聲理論和測量技術(shù)等方面取得了不少成就。到2019年，非線性模型、主動(dòng)控制系統(tǒng)、MEMS揚(yáng)聲器和音質(zhì)評價(jià)等理論和技術(shù)不斷成熟并廣泛應(yīng)用，揚(yáng)聲器領(lǐng)域正式迎來新的挑戰(zhàn)與機(jī)遇。
揚(yáng)聲器通常包含振膜、磁場、音圈、磁路等主要組件，其工作原理是一種將電能轉(zhuǎn)換成聲能，將電信號轉(zhuǎn)換成聲波，主要技術(shù)指標(biāo)有功率、額定阻抗、靈敏度等。揚(yáng)聲器可以根據(jù)換能方式、結(jié)構(gòu)形式、工作頻段和用途等標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分類，不同類型適用于不同領(lǐng)域，通常用于各種設(shè)備和場景中，包括音響系統(tǒng)、電視、計(jì)算機(jī)、手機(jī)、醫(yī)療診斷設(shè)備、火警報(bào)警系統(tǒng)等。
發(fā)展歷程
起源
自從佩奇（Page）在1837年發(fā)現(xiàn)了電發(fā)聲原理以來，揚(yáng)聲器技術(shù)取得了持續(xù)的進(jìn)步。不久后，于1876年2月14日，美國的貝爾（A.G.Bell）和沃森（Osen）成功申請了電話專利。隨著時(shí)間的推移，聲音的傳輸和再現(xiàn)方式也發(fā)生了改變。例如，在1877年，托馬斯·愛迪生（Edison）使用了一種特殊的裝置來錄制和播放音樂，這個(gè)裝置采用了一個(gè)圓柱狀的錫箔。這個(gè)錫箔會被唱針沿著聲槽移動(dòng)，引發(fā)振膜的振動(dòng)，最終將聲音從號筒中發(fā)出。早期的實(shí)驗(yàn)都涉及將電信號轉(zhuǎn)化為可聽的聲音。科學(xué)家和工程師們主要依靠電磁感應(yīng)原理，即通過電流流過線圈來產(chǎn)生磁場，從而導(dǎo)致與線圈相連的振動(dòng)膜或薄膜振動(dòng)，從而產(chǎn)生聲音。隨著技術(shù)的不斷改進(jìn)，揚(yáng)聲器的設(shè)計(jì)也發(fā)生了演變。一項(xiàng)重要的改進(jìn)是采用了舌簧揚(yáng)聲器，它用紙盆代替了金屬膜片，并采用了直接輻射形式，這使音質(zhì)得到了明顯的改善。然而，揚(yáng)聲器的最早發(fā)明要追溯到1877年，德國科學(xué)家的西門子股份公司（E.W. Siemens）在電報(bào)發(fā)報(bào)機(jī)研究中心提出了相關(guān)專利。另外，1898年洛奇（O.J. Lodge）也申請了英國專利，為揚(yáng)聲器的發(fā)展做出了貢獻(xiàn)。此外，1890年懷特（A. White）發(fā)明了肩背式送話器，它可以看作是現(xiàn)代電話機(jī)的原型，為通信技術(shù)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。
改進(jìn)創(chuàng)新
20世紀(jì)初至中期，電動(dòng)揚(yáng)聲器經(jīng)歷了多次關(guān)鍵性改進(jìn)和創(chuàng)新。早期采用薄膜和電磁振動(dòng)器的揚(yáng)聲器雖然聲音質(zhì)量和效率有限，但為后來的發(fā)展鋪平了道路。1911至1921年期間，出現(xiàn)了杠式聲器，E.C. Weute發(fā)明了靜電傳感器，美國西部電公司（Westem Electric）開始將最初的揚(yáng)聲器（"電話話器"）用于聲音擴(kuò)音，韋伯斯特（A.G. Webeler）首次引入數(shù)學(xué)方法于揚(yáng)聲器設(shè)計(jì)，同時(shí)Magnavox公司生產(chǎn)了號角揚(yáng)聲器。
1922年至1932年，西門子股份公司的格洛克（E.G. Terlach）發(fā)明了帶式電聲換能器，Kellev提出了背后開放式障板和密閉箱的概念，美國通用電氣的切斯特·賴斯（C.W.Rice）和愛德華·凱洛格（E.W.Kollogg）在研究試驗(yàn)室獲得了揚(yáng)聲器專利，在這之后，他們又發(fā)明了與電動(dòng)式揚(yáng)聲器類似的工作原理的揚(yáng)聲器。
1929年至1939年間，揚(yáng)聲器技術(shù)又經(jīng)歷了多個(gè)關(guān)鍵發(fā)展，包括靜電揚(yáng)聲器、倒相式揚(yáng)聲器箱、高頻號角揚(yáng)聲器、大功率帶式揚(yáng)聲器、U型鎢鋼磁體電動(dòng)式揚(yáng)聲器、壓電式傳聲器和動(dòng)圈式雙指向傳聲器的創(chuàng)新，此外，單指向傳聲器、曲線式紙盆揚(yáng)聲器、曲徑式揚(yáng)聲器箱和多聲道揚(yáng)聲器箱等新產(chǎn)品也相繼出現(xiàn)。
發(fā)展突破
揚(yáng)聲器技術(shù)在20世紀(jì)中后期又經(jīng)歷了多個(gè)重要階段的發(fā)展。其中，蘭辛（J.B.Lancing）開發(fā)的同軸型揚(yáng)聲器系統(tǒng)、克萊因（S.Klein）提出的離子揚(yáng)聲器和無縫紙盤揚(yáng)聲器、小型揚(yáng)聲器的普及以及紙盆防潮工藝、大型平板揚(yáng)聲器、海爾式揚(yáng)聲器、CD唱機(jī)、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)等創(chuàng)新和技術(shù)進(jìn)步，都為揚(yáng)聲器行業(yè)的發(fā)展貢獻(xiàn)了重要力量。而21世紀(jì)的NXT揚(yáng)聲器則在原理、結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)上帶來了全新的革命性變革，使得揚(yáng)聲器更加高效且經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，這一系列發(fā)展推動(dòng)了揚(yáng)聲器技術(shù)的不斷演進(jìn)和提升。20世紀(jì)70年代年， EV 公司的 D.B凱利(Keele)設(shè)計(jì)了稱為 HR 系列的號簡，俗稱“白號簡揚(yáng)聲器”，阿爾泰克公司的 C.A.亨利克森（Henricksen)和 M.S.尤里達(dá)(Ureda)發(fā)展了不是錐形、指數(shù)型或雙曲線型擴(kuò)展的新數(shù)學(xué)模型。直至20世紀(jì)末，揚(yáng)聲器的高素質(zhì)化、普及化、以及在電聲理論、測量技術(shù)等方面都取得了不少的成就。截至2019年，揚(yáng)聲器非線性模型、主動(dòng)控制系統(tǒng)、MEMS揚(yáng)聲器、測量和音質(zhì)評價(jià)等的理論和技術(shù)日益成熟并得到廣泛應(yīng)用，揚(yáng)聲器領(lǐng)域正面臨著新的變革，機(jī)遇與挑戰(zhàn)并存。
命名方式
中國新型揚(yáng)聲器的型號命名由四部分組成：第一部分用字母“Y”表示產(chǎn)品名稱為揚(yáng)聲器。第二部分用字母表示產(chǎn)品類型，“D”為電動(dòng)式。第三部分用字母表示揚(yáng)聲器的重放頻帶，用數(shù)字表示揚(yáng)聲器口徑 （單位為 mm）。第四部分用數(shù)字或數(shù)字與字母混合表示揚(yáng)聲器的生產(chǎn)序號。新型揚(yáng)聲器的型號命名及含義如圖所示。
組成結(jié)構(gòu)
揚(yáng)聲器擁有電動(dòng)式、電磁式、電動(dòng)式、錐形揚(yáng)聲器等多種類型，本章節(jié)重點(diǎn)介紹錐形紙盆揚(yáng)聲器的組成結(jié)構(gòu)。錐形紙盆揚(yáng)聲器是電動(dòng)揚(yáng)聲器中，最普通、產(chǎn)量最大、應(yīng)用最廣的揚(yáng)聲器，除用于收錄機(jī)、電視機(jī)外，擴(kuò)聲系統(tǒng)、家庭音響多采這種揚(yáng)聲器。以紙盆揚(yáng)聲器的結(jié)構(gòu)為例，錐形紙盆揚(yáng)聲器是由磁回路系統(tǒng) （磁體、極芯、導(dǎo)磁體）、振動(dòng)系統(tǒng)（紙盆、音圈）、輔助裝置（定心支片、盆架、墊邊）等三部分組成。
音圈：音圈是紙盆揚(yáng)聲器的驅(qū)動(dòng)單元，它是用很細(xì)的銅導(dǎo)線分兩層繞在紙管上，一般繞有幾十圈，放置于導(dǎo)磁芯柱與導(dǎo)磁板構(gòu)成的磁縫隙中。音圈與紙盆結(jié)構(gòu)在一起，音圈振動(dòng)帶動(dòng)著紙盆振動(dòng)。
紙盆：紙盆是揚(yáng)聲器的輻射器件，并在相當(dāng)大的程度上，決定著揚(yáng)聲器的放聲性能。制作紙盆的材料很多，一般有天然纖維和人造纖維兩大類。天然纖維通常采用棉、木材、羊毛，絹絲等;人造纖維則采用人造絲、尼龍、玻璃纖維、碳纖維等。紙盆的類型有直線形、指數(shù)形、拋物線形和波紋環(huán)形等，無論哪種紙盆，既要質(zhì)輕又要有良好的剛性、而且不能因環(huán)境溫濕度變化而變形。
折環(huán)：為了保證紙盆沿?fù)P聲器的軸向運(yùn)動(dòng)、限制橫向運(yùn)動(dòng)，在紙盆周邊設(shè)有折環(huán)。折環(huán)也是紙盆的支持部分，以保證紙盆與盆架良好配合，同時(shí)起著阻擋紙盆前后空氣流通作用。折環(huán)的材料除用紙盆材料外，還利用塑料簿膜、泡沫塑料、天然橡膠等材料，經(jīng)過熱壓粘接到紙盆上。
定心支片：音圈和紙盆的結(jié)合部位，是用定心支片來支持的，以保持正直而不歪斜。定心支片上面有許多同心圓環(huán)，使音圈在磁隙中可以自由地上下移動(dòng)，而不作橫向移動(dòng)，從而保證音圈在磁隙中不與導(dǎo)磁板相碰。定心支片上的防塵罩，是為了防止外部灰塵落入磁隙，以免造成灰塵與音圈摩擦產(chǎn)生異常聲。
工作原理
揚(yáng)聲器它是一種將電能轉(zhuǎn)換成聲能的器件，有舌黃式、晶體式、動(dòng)圈式等幾種，常用的是動(dòng)圈式。動(dòng)圈式揚(yáng)聲器主要由環(huán)形永久四氧化三鐵、音圈架、音圈、紙盆架、紙盆等部件組成。在磁鐵的磁場縫隙間套著一個(gè)能自由移動(dòng)的線圈，叫音圈。音圈先粘在音圈架上然后再與紙盆粘接在一起，紙盆又固定在紙盆架上。當(dāng)音頻電流通過揚(yáng)聲器音圈時(shí)，音圈在磁場中受到磁場力的作用會發(fā)生振動(dòng)，音圈的振動(dòng)帶動(dòng)紙盆振動(dòng)，從而發(fā)出聲音。音頻電流越大，作用在音圈上的碰場力也就越大，音圈和紙盆振動(dòng)的幅度也越大，從而產(chǎn)生的聲音就越響。由于音頻電流的大小和方向不斷變化，就使揚(yáng)聲器產(chǎn)生隨音頻變化的聲音。
技術(shù)指標(biāo)
功率
在揚(yáng)聲器的技術(shù)參數(shù)中，功率包括標(biāo)稱功率、起步功率最大承載功率3個(gè)方面。標(biāo)稱功率也叫額定功率，是指音箱能夠長時(shí)間正常安全地工作的輸入電功率。音箱在標(biāo)稱功率下工作時(shí)，一切元器件在允許范內(nèi)，重播音色好，單元產(chǎn)生的失真較小。從另一個(gè)角度講，額定功率是指揚(yáng)聲器(或音箱)在一定的諧波失真范圍內(nèi)，所允許的最大正常輸入功率。起步功率是指揚(yáng)聲器(或音箱)能被推動(dòng)的基準(zhǔn)值。一般音響的起步功率為10~50W，所以在選配音箱的功放輸出功率必須要大于音箱的起步功率。最大承載功率是指揚(yáng)聲器(或音箱)在短時(shí)間內(nèi)所能承受的最大功率。這個(gè)功率值表現(xiàn)了音箱在短時(shí)間內(nèi)所允許加入的最大電信號功率值。在選配功放時(shí)功放的輸出功率不應(yīng)大于音箱的最大承載功率值，否則會對揚(yáng)聲器造成損害，甚至燒毀。
阻抗
阻抗是指揚(yáng)聲器的額定輸入阻抗值。在一段直流電路中，電子元件會有阻礙電流的屬性，即電阻;而在交流電路中這種屬性即為阻抗。目前家庭影院中使用的音箱中，一般的額定輸入阻抗在 4~16之間并以、、的音箱最為常見。應(yīng)該注意的是，由于揚(yáng)聲器中所通過的是交流信號，因此揚(yáng)聲器的阻抗值是隨音頻信號頻率變化而改變的，額定輸入阻抗只是在共振峰后揚(yáng)聲器所呈現(xiàn)的最小阻抗，而用萬用電表來測量接線柱所得到的電阻值，并非揚(yáng)聲器的額定輸入阻抗。
諧波失真
音箱的重播信號中不應(yīng)有其他新產(chǎn)生的信號出現(xiàn)，但實(shí)際上，由于揚(yáng)聲器單元的振動(dòng)特性，音箱發(fā)出的信號中除了基頻信號外，還存在新產(chǎn)生的倍頻信號，這在技術(shù)上被稱為二次諧波、三次諧波等，由這些新生諧波所產(chǎn)生的還音失真稱為“諧波失真”。音箱的二次及三次諧波失真對音箱重播的影響最大，因此諧波失真小的音箱，還音效果就好。諧波失真一般以諧波成分占總輸出信號的百分比來表示。一般的音箱允許較低的諧波失真存在，但諧波失真不應(yīng)影響基頻信號的再現(xiàn)。
頻率響應(yīng)
從音響的保真度來說希望從20Hz 至 20kHz 的整個(gè)頻段內(nèi)揚(yáng)器與放大器的頻響特性相一致，能夠放出所有音調(diào)的聲音。這種要求很難用一個(gè)揚(yáng)聲器來實(shí)現(xiàn)，所以家庭影院的音響設(shè)備幾乎都采用高、中、低音的揚(yáng)聲器搭配重放出不同音頻段的聲音，使揚(yáng)聲器系統(tǒng)的頻率特性符合音箱設(shè)備要求。頻率特性是指音箱的再現(xiàn)頻率能力。在給音箱輸入固定電壓信號，改變輸入信號的頻率時(shí)，音箱的信號輸出將隨輸入信號頻率的變化而變化，音箱的輸出信號在2dB 或3dB 的范圍內(nèi)所對應(yīng)的輸入頻率范圍即為音箱的頻響范圍，這個(gè)參數(shù)一般在 40~30kHz之間。值得指出的是，很多組合音響為了達(dá)到商業(yè)目的其音箱的頻響范圍多標(biāo)為 20~20kHz覆蓋了人耳的聽音極限，但這是音箱輸出信號在大于 3dB 的情況下得出的結(jié)果。若將音箱的輸出信號限定在 3dB 以內(nèi)則其音箱的頻響將變窄。
靈敏度
揚(yáng)聲器的靈敏度，是用來衡量揚(yáng)聲器是否容易被推動(dòng)的一項(xiàng)技術(shù)參數(shù)。它是指在輸入1W標(biāo)準(zhǔn)電功率時(shí)在距離正前方 1m 遠(yuǎn)處所測得的聲信號的大小。這個(gè)聲信號一般應(yīng)在 80~95dB之間專業(yè)級音箱可達(dá) 100dB 以上。由于輸入的電功率一樣，因此靈敏度數(shù)值越高說明揚(yáng)聲器的換能效率越高。音箱的靈敏度主要反映其易于被推動(dòng)的特性，但并不直接反映音箱自身的音質(zhì)和音色表現(xiàn)。許多專業(yè)音箱采用高靈敏度設(shè)計(jì)，以提高電聲轉(zhuǎn)換功率，然而，一些出色的發(fā)燒級音箱為了保持瞬態(tài)響應(yīng)特性，會降低靈敏度，降低音箱的效率。因此，音箱的靈敏度對于音箱和功放的匹配至關(guān)重要，但不能單憑這個(gè)參數(shù)來評判音箱的質(zhì)量。音箱的好壞仍然應(yīng)該以其音質(zhì)和音色再現(xiàn)的表現(xiàn)為主要標(biāo)準(zhǔn)。
其他指標(biāo)
主要分類
揚(yáng)聲器擁有多種分類方式，如按換能方式、結(jié)構(gòu)形式、振膜形式工作頻段等方式來分類。而每種分類中又有多種類型的揚(yáng)聲器，比如要按換能方式來劃分，可分為電動(dòng)式揚(yáng)聲器、電磁式揚(yáng)聲器、壓電式揚(yáng)聲器、離子式揚(yáng)聲器等。
應(yīng)用領(lǐng)域
揚(yáng)聲器在很多領(lǐng)域都需要用到，如生活領(lǐng)域、信息傳遞領(lǐng)域、工程技術(shù)領(lǐng)域。而每個(gè)領(lǐng)域中又有多種類型的揚(yáng)聲器，比如按在生活領(lǐng)域場景來劃分，可分為家庭音響系統(tǒng)、手機(jī)和智能手機(jī)、游戲機(jī)和電子游戲、個(gè)人耳機(jī)等。
參考資料 >