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1、 汽车电喇叭设计Auto Electric Horn Design摘 要 汽车喇叭是汽车安全系统中不可缺少的电器元件。成本低、寿命长、高可靠性和耐环境适应能力已成为汽车电喇叭的发展方向。汽车行驶在道路上，汽车与汽车之间、汽车与其他交通工具之间、汽车与行人之间、不可避免会为道路的使用而产生矛盾，因此要采取方法提取对方，汽车喇叭自然是最简单、最直接的首选工具。随着汽车保有量的增加，汽车喇叭也随之而取得了发展。汽车喇叭的性能直接关系到行人及其其它交通工具的安全。 关键词：汽车电喇叭；可靠性；ABSTRACTA car horn automotive safety systems is indispe
2、nsable to the electrical components. Low cost, and long service life, high reliability and bears the ability to adapt to the environment has become the development direction of automobile electric horn. Car driving on the road, car and between cars, cars and other vehicles, cars and pedestrians betw
3、een, between the inevitable for the use of the road will be a contradiction, therefore to take method extracting each other, car speakers nature is the simplest and most direct tool of choice. Along with the increase of the auto possession, car speakers also subsequently and made development. The pe
4、rformance of the car horn directly related to the pedestrian and other transportation safety. Key words: Auto electric horn; Reliability; 目 录第1章 绪论11.1 概述11.2 汽车喇叭的发展1第2章 汽车电喇叭的分类及配置22.1汽车喇叭的分类22.2 配置要求3第3章 汽车电喇叭的结构及原理43.1 汽车喇叭的结构43.2 喇叭发声方式43.3 汽车电喇叭的原理63.4 高音喇叭的要求7第4章 汽车电喇叭的主要性能74.1 扬声器的电气特性74.2 阻
5、抗84.3 最低共振周波数或谐振频率（FO）104.4 扬声器的Q值:Qts,Qms与Qes124.4.1 直接秤重法134.4.2 增加质量法（Delta Mass）134.5 力的系统 BL144.6 出力音压（SPL）154.6.1 声压与声压级154.6.2 声强与声强级164.6.3 点声源声压级的简单计算164.7 实效周波数带域174.8 定格入力与最大入力174.9 失真184.10 指向性194.11 总磁通量与磁束密度194.12 异常音与外碰204.13 极性与极性标示20第5章 结论21第6章 结束语22致 谢23参考文献24第1章 绪论1.1 概述喇叭是汽车安全系统当
6、中的一个不可缺少的电器元件。喇叭声音作为一种特有的语言用于车辆之间以及车人之间的交通信息沟通。尽管由于噪音问题许多城市不允许在市区内鸣叫喇叭，但绝大多数的其他道路却离不开喇叭，因此它的提示和警告的作用不可替代。1.2 汽车喇叭的发展 作为汽车的主要零配件，汽车喇叭的发展与汽车产业的发展息息相关。全世界汽车保有量连年增加，近年来，尤其在我国，汽车消费异常火爆。据CCID统计，2006年我国汽车总产量近730万辆，2007年我国汽车产量销售量达850万辆，2008年为970万辆，2009年在我国政策的大力支持下达到规模超过2000万只。汽车喇叭是典型的易碎器件，国内零售市场每年有近3000万只的规
7、模，因此2009年仅国内市场就有约5000万只的规模，而且此数字的增长与汽车销售的增长速度保持一致。由于汽车受到行驶的颠簸、发动机的振动以及温度的影响，喇叭应具有特殊严酷环境条件下可靠工作的能力。同时随着现代汽车技术的发展，汽车装备不断增加的趋势又使得喇叭的安装越来越小。因此长寿命、耐振动冲击、密封性、小型化、低能耗等已成为汽车喇叭新的技术发展方向。针对汽车喇叭的研究技术开展研究有益于企业产品的质量和性能提高、汽车整车型性能的提高同时也有益于交通安全、噪声环境治理和汽车的节能降耗问题。第2章 汽车电喇叭的分类及配置2.1汽车喇叭的分类汽车喇叭按照驱动方式的不同可分为电喇叭和气喇叭两种。气喇叭的
8、驱动是由压缩气体鼓动喇叭膜片发声，一般安装在有气体压缩装置的较大型货车或客车上。对于中小型汽车则使用电驱动的发声方式。因此在数量上，电喇叭占有绝对优势。汽车喇叭外观如图2.1所示。图2.1 汽车喇叭外观汽车喇叭主要参数一般包括声压级、振动基频。耐久性、额定电流以及适用电压范围等几个指标。声压级是听力学中最重要的参数之一，物理上引入声压级来描述声音的大小。试验中声压级的测量距离、测量环境均有严格规定。振动基频定义为喇叭工作时每秒钟动铁心带动膜片往复振动的次数，该频率与喇叭机械系统的固有频率十分接近，目的是工作时产生共振耦合效果，从而产生较大声音。耐久性定义为喇叭满足标准要求正常所能达到的最少工作
9、次数，每次发声不少于1s。该项指标一般通过寿命试验检验，试验中试件工作1s休息4s。喇叭耐久性指标要求少侧10万次，多则30万次。以基频500Hz计算，喇叭全寿命周期内膜片振动近亿次。对于机械触点式电喇叭来说，意味着需要满足触电近亿次的燃弧开闭过程，这对喇叭的电寿命将是极大考验。额定电流的规定是考虑到能耗和负载的问题，一般要求电喇叭工作电流不超过6A6.5A。目前，寻求较低工作电流获得较大发声声级从而降低能耗提高寿命的降额技术是汽车喇叭研究方向之一。 适应电压范围是指当汽车电瓶电压波动时，喇叭能够可靠工作并发出满足声音要求的最大、最小电压范围。图2.2是各大汽车厂商在针对我国范围内销售车型喇叭
10、参数指标对比。图2.2是各大汽车厂商在针对我国范围内销售车型喇叭参数指标对比2.2 配置要求我国在机动车安全管理条例中明确规定每台机动车至少配置1只功能良好的喇叭，一般汽车均配置高低音共2只喇叭，共同发声时产生悦耳的混响声音。我国国情的驾驶员习惯与欧洲、日本存在很大差异，这使得客户需求直接导致汽车喇叭寿命难以满足我国市场需求，因此汽车喇叭已成为近年来的研究热点。第3章 汽车电喇叭的结构及原理3.1 汽车喇叭的结构汽车喇叭由铁芯、磁性线圈、触点、街铁、膜片等组成，如图3.1、3.2所示。按下按钮，电路接通，铁芯产生吸力，吸下街铁、电路被切断，吸力消失，街铁回应，电路重新被接通，重复上述过程，街铁
11、不断上下移动带动膜片振动，通过共鸣器产生共鸣，由扬声器发出声音。图3.1 筒形、螺旋形电喇叭1-扬声器；2-共鸣板；3-膜片；4-底片；5-山形铁芯；6-螺旋；7、13-调整螺旋；8、14-锁紧螺母；9-弹簧片；10-衔铁；11-线圈；12-锁紧螺母；15-中心杆；16-触点；17-电容器；18-支架；19-接柱图3.2 盆形电喇叭1-底座；2-线圈；3-上铁芯；4-膜片；5-共鸣板；6-衔铁；7、13-触点；8-调整螺旋；9-铁芯；10-按钮；11-锁紧螺母3.2 喇叭发声方式1、动圈式。基本原理来自佛莱明左手定律，把一条有电流的导线与磁力线垂直的放进磁铁南北极间，道线就会受磁力线与电流两者
12、的互相作用而移动，在把一片振膜依附在这根道线上，随著电流变化振膜就产生前后的运动。目前百分之九十以上的锥盆单体都是动圈式的设计。2、电磁式。在一个U型的磁铁的中间架设可移动斩铁片（电枢），当电流流经线圈时电枢会受磁化与磁铁产生吸斥现象，并同时带动振膜运动。这种设计成本低廉但效果不佳，所以多用在电话筒与小型耳机上。3、电感式。与电磁式原理相近，不过电枢加倍，而磁铁上的两个音圈并不对称，当讯号电流通过时两个电枢为了不同的磁通量会互相推挤而运动。与电磁是不同处是电感是可以再生较低的频率，不过效率却非常的低。4、静电式。基本原理是库伦（Coulomb）定律，通常是以塑胶质的膜片加上铝等电感性材料真空汽
13、化处理，两个膜片面对面摆放，当其中一片加上正电流高压时另一片就会感应出小电流，藉由彼此互相的吸引排斥作用推动空气就能发出声音。静电单体由于质量轻且振动分散小，所以很容易得到清澈透明的中高音，对低音动力有未逮，而且它的效率不高，使用直流电原又容易聚集灰尘。目前如Martin-Logan等厂商已成功的发展出静电与动圈混合式喇叭，解决了静电体低音不足的问题，在耳机上静电式的运用也很广泛。5、平面式。最早由日本SONY开发出来的设计，音圈设计仍是动圈式为主题，不过将锥盆振膜改成蜂巢结构的平面振膜，因为少人空洞效应，特性较佳，但效率也偏低。6、丝带式。没有传统的音圈设计，振膜是以非常薄的金属制成，电流直
14、接流进道体使其振动发音。由于它的振膜就是音圈，所以质量非常轻，瞬态响应极佳，高频响应也很好。不过丝带式喇叭的效率和低阻抗对扩大机一直是很大的挑战，Apogee可为代表。另一种方式是有音圈的，但把音圈直接印刷在塑胶薄片上，这样可以解决部分低阻抗的问题，Magnepang此类设计的佼佼者。7、号角式。振膜推动位于号筒底部的空气而工作，因为声音传送时未被扩散所以效率非常高，但由于号角的形状与长度都会影响音色，要重播低频也不太容易，现在大多用在巨型PA系统或高音单体上，美国Klipsch就是老字号的号角喇叭生产商。8、其他还有海耳博士在一九七三年发展出来的丝带式改良设计，称为海耳喇叭，理论上非常优秀，
15、台湾使用者却很稀少。压电式是利用钛酸等压电材料，加上电压使其伸展或收缩而发音的设计，Pioneer曾以高聚合体改良压电式设计，用在他们的高音单体上。离子喇叭（Ion）是利用高压放电使空气成为带电的质止，施以交流电压后这些游离的带电分子就会因振动而发声，目前只能用在高频以上的单体。飞利浦也曾发展主动回授式喇叭（MFB），在喇叭内装有主动式回授线路，可以大幅降低失真。3.3 汽车电喇叭的原理汽车电喇叭的基本原理是由喇叭中的电磁线圈周期性通断电，使线圈中的静铁芯产生周期性的电磁吸力，作用到动铁芯。电磁吸力产生时，动铁芯带动喇叭膜片向下运动，切断电路静铁芯磁力消失后铁芯受弹性形变膜片的恢复力的拉动又回
16、到原位，钢膜片以及与电磁吸力相同的频率振动，该振动频率与喇叭的整个机械系统的固有的频率是十分接近，产生共振，并向外辐射声波，经过与蜗牛或盆形的喇叭壳耦合之后发出警告作用。图3.3为汽车结构简图。1-动铁芯；2-线圈；3-静铁芯；4-膜片；5-壳体图3.3 汽车喇叭结构简图图3.4是汽车喇叭电路原理图。按下方向盘的喇叭按钮K，接通喇叭继电器C1回路，使喇叭继电器触点C闭合接通喇叭驱动线圈。直到C断开之前，汽车喇叭一直以一定频率和声级鸣响。按照产品技术实现方式汽车喇叭可分为机械触点式、定频电子式、随频电子式、混合式机电喇叭。图3.4 汽车喇叭电路原理图3.4 高音喇叭的要求一个良好的高音喇叭应具备
17、如下1、振动板的口径要小且轻。 2、高频特性平垣且伸展宽广。3、高频失真小，指向性良好。4、音圈直径小，线径细。 5、输入容量大。 第4章 汽车电喇叭的主要性能4.1 扬声器的电气特性 为了便于后面出现各英文代号表示的意思，首先要了解各参数的定义。 BL： 单体的动力即力系数，单位为 特斯拉米（TM） Fo： 单体在自由大气下的谐振频率或叫Fs，单位为赫滋（HZ） Foa： 单体在加质量（Ma）后的谐振频率或叫Fsa，单位为赫滋（HZ） Fc： 单体装箱后的谐振频率，单位为赫滋（HZ） Fct： 单体装入测试箱后的谐振频率，单位为赫滋（HZ） Mmd：单体振动系的等效质量，单位为克或千克（g或
18、 Kg） Mmr：单体纸盆空气的辐射质量负载，单位为克或千克（g或 Kg）Mms： 包括空气的辐射质量的总的振动系的等效质量或Mo，单位为克或千克 （g或 Kg）Ma： 测试砝码（通常为已知质量的粘土） ，单位为克（g） Sd: 纸盆的有效振动面积 Cmb： 测试音箱的柔顺性，单位为（M/N） Cms： 单体的机械柔顺性或Co，单位为（M/N） Qms： 单体的机械Q值 Qes： 单体的电气 Q值 Qts： 单体的总Q值或Qo Qect： 测试箱内单体的电气Q值Vas： 与单体柔顺性相当的空气体积，单位为升（L） Vab： 未填充吸音棉的测试箱体积，单位为升（L） Re： 音圈的直流阻抗即Re
19、vc或叫DCR，单位为欧姆（Ohm/） ACR： 公称阻抗即交流阻抗，在扬声器阻抗曲线峰值后最低点所对应的阻抗，单欧姆（Ohm/） Zmax: 单体阻抗曲线峰点对应的阻抗值，单位为欧姆（Ohm/） No： 参考效率即，以百分比为单位（%） Levc： 单体音圈的电感单位位豪亨（mH） SPLo： 音压水准（ Sound Pressure Level）或叫SPL或So，单位为分贝（dB） Levc： 音圈的电感4.2 阻抗 1、扬声器单元的阻抗包括直流阻抗（DCR/Re）和交流阻抗（ACR） （1）指直流阻抗：即DCR（Re） ，不受频率的影响（静态） 。亦即音圈线的阻抗。它在阻抗特性上表现为一
20、条直线。（2）交流阻抗：即 ACR，是指经过频率测定之公称阻抗或叫额定阻抗（动态） 。 业余爱好者可用替代法测量扬声器单元的额定阻抗,按下图用恒流法去测量扬声器单元的额定阻抗，为了满足信号源为恒流源的测量要求，音频信号发生器的输出端要串一只阻值至少大于或等于被测扬声器额定阻抗值 10 倍的大电阻 R。调节音频信号发生器的信号旋钮，使输出信号频率从20HZ开始起缓慢上升， 并联在被测扬声器两端毫伏表的电压值在达到第一个最大值后即开始下降，当毫伏表的电压值降至最低并开始上升时，停止改变音频信号发生器的信号频率，在保持音频信号发生器输出电压不变的前提下， 记下毫伏表上的电压值。 用无感电阻箱代替被测
21、扬声器单元，反复调节电阻箱的阻值，当毫伏表上的电压值恢复到原来的电压值时，这时电阻箱的阻值就是被测扬声器单元的额定阻抗值。扬声器单元的阻抗特性是指将电信号加到扬声器输入端子， 如果在保持输入电压怛定不变的条件下，变更信号频率，扬声器的输入阻抗会有很大的变化，在图表上表现为一条曲线。把曲线上高于Fo（最低共振频率）时的最小阻抗值定义为扬声器的公称阻抗（标准阻抗） ，单位为。公称阻抗公差一般为15%，稍严一点为510%。 产生阻抗曲线的原因：扬声器的音圈除了有它的直流阻抗外还有一定的电感。当音频信号输入扬声器时扬声器的音圈即在磁回间隙中上下振动由于音圈的电感作用， 这时在音圈中会感应出一个与音频信
22、号反向的感生电动势，这个与音频信号反向的感生电动势会削弱音圈中的电流，从而使音圈的阻抗加大，随着音频信号的上升这种效应会越来越大，这种使扬声器单元的阻抗随频率变化的规律称为扬声器的阻抗特性。一条完整的阻抗特性由音圈的直流电阻、音圈的感抗以及音圈在磁隙中上下运动时所产生的感生电动势这三部分组成。 使电动式扬声器的振动板发生振动的力，即磁场对载流导体的作用力，其大小为F=BiL 式中，B：为磁场中的磁感应强度（韦帕/米2或 Wb/m2）i：为通过线径的电流（A） ， L：为音圈导线在磁场中的长度（m） ，F：为磁场对音圈的作用力（牛顿） 。 然而一旦音圈受力运动，就会切割磁隙中的磁力线，根据法拉第
23、电磁感应定律，音圈在磁隙中运动会产生感生电动势，这个效应称为电动式扬声器的电效应，其感生电动势的大少为 =BLV式中，V：为音圈的振动速度（m/s）,：为音圈的感生电动势(伏特V)。电动式换能器的力效应和电效应总是同时存在，相伴而生的，正因为电效应的存在，对扬声器的阻抗就产生了影响，出现了阻抗曲线。有些人近似的把DCR与ACR用如下式表示 ACR=1.081.2DCR . 检测ACR与DCR可用阻抗测试器.（台湾阳光Sunlight阻抗测试/频率计 Model-152A） 测量单元的阻抗曲线可用LMS或CLIO等，下面是一扬声器单元的阻抗曲线。不同的扬声器有不同的阻抗曲线。Fo，DCR，音圈电
24、阻，音圈管材，铁心有无加短路环等都会影响阻抗曲线。以下是几组阻抗曲线特性的对比图。4.3 最低共振周波数或谐振频率（FO） 最低共振周波数或谐振频率（FO）是指扬声器从低音域开始振动时，振动板最强烈振动所在点对应的频率，在测量扬声器单元阻抗特性时，阻抗曲线上阻抗值第一次达到最大值时（即 Zmax）所对应的频率称为该扬声器单元的谐振频率或共振频率，简称FO。为了便于理解，我们可以把扬声器的振动系统看成是具有一定质量的惯性体，而把Edge和弹波看成一个弹性体，这时扬声器的整个振动系统就象一个悬挂在弹簧上具有一定质量的重物。从物理学中我们知道，它们具有一个固定的谐振点。扬声器单元在谐振频率处振动系统
25、的振幅最大， 扬声器音圈在气隙中运动时产生的反向感应电动势也最大。在FO 以下，由于受扬声器振动系统劲度的控制，扬声器输出音压以接近 12dB/oct 的速度下降，因此扬声器的谐振频率点也是重放下限频率点。综合一下有三点：1、最强烈的振动对应频率点 2、低音重放下限频率点 3、阻抗曲线峰值对应频率点 FO可用下式表述 FO= 1/2 So/Mms 或 FO= 1/2 1/CmsMms 所以求顺性 Cms = 1/( 2Fo )2Mms 式中：So：是振动系统的等效力劲，即支撑振动系统的鼓纸Edge和弹波等弹簧系统的刚度，其倒数是顺性 Cms=1/ So Cms：即顺性Co，表示上述弹簧系统的柔
26、软度。力劲小，顺性大。 （单位为Kg） Mms：即振动系统的等效质量。是以鼓纸和音圈为主的振动系统等效质量Mmd及振动时附加在鼓纸两侧的附加质量Mmr之和。（单位为 Kg）从上式可以看出，扬声器单元的谐振频率与振动系统的等效力劲的平方根成正比，与振动系统的等效质量的平方根成反比。要降低Fo 值，振动系统就要重些，鼓纸边布和弹波要柔软些。 共振：即策动力的频率与振动物体的固有频率相等时,振动物体的振幅最大，此种现象称为共振。测试Fo 值通常是在20相对湿度60%的条件下进行，Fo 测试用 Fo 高速测定器，（台湾阳光Sunligh Fo 高速测定器 Model-7117K）用自动扫频振荡器（台湾
27、阳光 Sunlig 自动扫频振荡器 Model-7116C）可以粗略的测试其 Fo值，但速度很慢，且不够精确。业余爱好者可用下恒压法测量扬声器单元的谐振频率。按图连接好，图中的R的阻值应小时扬声器两端的电压（U=IR，I为恒定）将最大。当音频信号发生器输出的信号从20HZ开始上升时，扬声器两端AC电压表的电压值将逐步上升。当AC压表的电压值第一次上升至最大时，音频信号发生器输出信号的频率即为扬声器单元的谐振频率Fo。影响Fo 的条件：1、自然条件：温度和湿度，湿度越大，Fo 越低。温度越高，Fo 越低。 2、原材料：鼓纸的Fo，弹波的柔软度。 3、输入功率：通常在额定输入功率范围以内，输入功率
28、如大时，低音谐振稍许下降，但将输入功率增加大超过额定输入功率之外时，Fo 反会升高。4.4 扬声器的Q值:Qts,Qms与Qes 扬声器的 Q 值又叫扬声器的品质因素。它表示频响曲在谐振频率Fo处SPL的尖锐程度，它在一定程度上反应了扬声器振动系统的阻尼状态。扬声器的低频特性通常由扬声器Qts及Fo决定，其中Qts的大小与扬声器单元在Fo处的声压有关，其图如下Qts值是一个很难理解确很重要的参数，它在。一定程度上反应了扬声器振动系统的阻尼状态（即振动衰减的快慢） ，和共振锐度那么振很快停止的叫 Qts 低，振动不易停止的叫 Qts 高。Qts 值过低时扬声器的输出音压还没到 Fo 处时就迅速下
29、降，扬声器处于过阻尼状态，造成低频衰减过大；Qts 值过高时扬声器的输出音在 Fo 处会出现一个峰，扬声器处于欠阻尼状态，低频得到过分加强，Qts值越大，峰值越陡。图 Qts 处与 Fo处声压级之间的关系有几种方法可求得或测得喇叭单元的Qts值。 第一种Qts值可用此公式求得：Qts = Re/(BL)2 * Mms/Cms 式中，Re：即音圈的直流阻抗DCR。 B：表示扬声器磁间隙中的磁感应密度。 L：表示扬声器音圈线的有效长度。 Cms：即顺性，振动系统的顺性，即力劲Co 的倒数。 Mms：即振动系统的等效质量（Mmd） 。是以鼓纸、弹波、音圈、防尘盖为主的振动系统等效质量及振动时附加在鼓
30、纸两侧的附加质量（Mmr）之和。单体的力系数BL值在后面第五点讲解。 下面介绍怎样测试单体振动系的等效质量Mmd和单体纸盆空气的辐射质量负载和Mmr。有三种方法可求单体振动系的等效质量Mmd。 4.4.1 直接秤重法 直接要求供货商提供相关资料。这种方法不但精确可靠，也是最省时的方法，Mmd是以鼓纸、弹波、音圈、防尘盖为主的等效质量及振动时附加在鼓纸两侧的附加质量Mmr之和 即 Mms=Mmd+Mmr 4.4.2 增加质量法（Delta Mass） 首先求Mmd：增加一块经精密测量重量为 Ma 的粘土于单体的纸盆上，测出此时加重后的Fo即 Fsa，为求精确，测试单体要夹紧在悬挂的表面上。所加的
31、重量 Ma 至少要让单体的谐振频率改变25%才足够，即加重后的谐振频率Fsa 等于未加重时的谐振频率Fo 的7075%，不可太轻。Mmd可由下式求得。Mmd=Ma/(FoFsa)2-1 （A）然后求Mmr（单体空气质量负载） ：空气有重量而且对纸盆表面质产生压力，在计算振动系统有效质量时必须考虑在内。辐射空气质量负载可籍由纸盆的总表面积计算如下：Mmr=0.575Sd1.5 （B） 由（A）（B）即可得到 Mms=Mmd+Mmr，下表列出不同直径单体典型自由大气压下的辐射空气质量负载4.5 力的系统 BL 测试单体的力系数BL值最常用的方法为反作用力测量技术。测试方法如下：在平坦稳固的表面上水
32、平放置喇叭单元，再加上已知质量的砝码（Ma） ，压迫纸盆下降到较低的位置，然后把直流电压加到喇叭的音圈（注意纸盆向上移动需正接） ，调整电压直到纸盆回复到原来没加砝码时的位置。砝码的质量并没有严格的限制，不过必须精确到0.1g，而且至少能压下纸盆达到6.0mm的重量。当纸盆恢复到原来没加砝码的位置时，记下此时的电流大小（i），此时BL值的乘积可由此公式计算： BL=9.8Ma/i 单位特斯拉米（TM） 利用这种方法想得到精确的结果，必须精确的测出喇叭单元未加粘土前的起始位置，而且在加了粘土通上电流后必须恢复到原来位置。有一个简单的方法就是在防尘盖顶上安一个位置指示器，未加粘土时刚好接触防尘盖顶
33、，一旦加上粘土就会出现空隙，此时只要将电压加到能让防尘盖恢复到原来位置即可。美国Radio Shack连锁店有卖一种固定位置用的工具非常适用，可用来自制BL测试仪4.6 出力音压（SPL） 是指输出音压基准，又叫效率或灵敏度或声压级。日本国家标准（JIS）规定扬声器的出力音压是指在指定的频带或功率上，馈给扬声器 1W 的输入功率，在参考轴上距离参考点1m处的声压极的平均值，通常取频率特性曲线上的4个点的平均值，用dB表示。出力音压反映的是声音的大小，与音质的好坏没有必然联系。频率响应曲线是指给扬声器加以恒定的信号源，由低频到高频改变信号源频率时，扬声器的声压将随频率的变化而变化，由此得出声压频
34、率曲线，这就是扬声器的频率响应曲线。即扬声器的声压随频率变化的曲线。 频率响应是指给扬声器输入一恒定的电压，扬声器产生的声压随频率变化的特性。 要理解SPL，我们首先来学习一下声音。 声音是由机械振动产生的。当一物体振动时，会激励它周围的媒质发生振动。如媒质具有压缩性，则在媒质的相互作用下，周围的媒质就会产生交替的压缩和膨胀，并且逐渐向外传播。因此凡具有弹性的物质，如水，气体、钢铁、混凝土等弹性物质，都能传播声波。并且媒质密度越大声波速度越快。声音有强弱之分，声能量有大小之别，下面我们从物理上定量地来描述声音。 4.6.1 声压与声压级 媒质中有声波传播时，媒质的各个部分产生压缩与膨胀的周期性
35、变化。压缩时压强增大，膨胀时压强减小。变化部分的压强即总压强与静压强的差值称为声压。习惯上把有效声压简称为声压，P表示。对于平面波，声压P和质点运动的速度 v成正比。 P=cv 单位为帕（Pa） （类似U=IR） 式中，：为媒质密度 c：为声波的传播速度 c又称为声阻率（声阻抗率） v：质点运动的速度 1帕（Pa）=1牛顿/米2 1个大气压（atm）105帕（Pa） 人耳能听到的最低声压是 2*10-3 Pa，这个极限称为可听域（又称听域） 。当声压增大到 2*103时，人耳会产生难受的感觉，有痛感，故把这个范围称为痛域。由上可见，人耳能听到的声压范围很大，用它来衡量极不方便，亦给仪器测量带来
36、困难。实验证明：人耳对声音强弱的感觉是与声压的对数成正比的，这就是著名的韦帕定理。因此引入了声压级的概念。声压级： SPL=20lgP/Po式中：P：为声压单位为帕（Pa） Po：为参考声压，目前取1000HZ的可听域声压，即2*10-3Pa帕（Pa）SPL：声压级的单位为dB 64 4.6.2 声强与声强级 人耳能可听域到痛域的声压级范围是 0dB120dB（1000HZ） 。单位时间内通过与指定方向垂直的媒质单位面积的声能量称为声强。用I表示。对于自由平面声波或球面波，声强与声压的平方成正比，与声阻率成反比。即 I=P2/c 单位为瓦/米 2（W/m2） （类似P=U2/R）空气的声阻率为
37、420kg/ m 2s人耳能可听域到痛域的声强范围是10-12 W/m2到102 W/m2。声强级是声强相对于参考声强的分贝数，对于自由平面声波或球面波，声强级等于声压级。即声强级 SPL=10 lgI/Io=20lgP/Po 式中：I：为声强单位为W/m2 Io：为参考声强，目前取1000HZ的可听域声压，即10-12 W/m2 SPL：声强级或声压级，单位为dB 4.6.3 点声源声压级的简单计算 1、多个点声源合成的声压级 设有两个点声源，在声场中 A点产生的声压级分别为 SPL1 和 SPL2，此点的总声压级并不是两个声压级的算术和，而是用能量叠加的方法来计算。设I1和I2分别为两个点
38、声源在声场 A点产生的声强，则总声强：I=I1+I2 由于 I1=P12/c I2=P22/c I=P2/c 故可得 P2= P12+ P22 所以 P= P12+ P22 因此合成声压级： SPL=20lgP/Po=20lg P12+ P22 / Po 而 SPL1 =20lgP1/Po SPL2 =20lgP2/Po 即 P12/ P02=10SPL1/102/ P02=10SPL2/10 代入得：SPL=10lg（10SPL1/10+10SPL2/10+10SPL3/10+） 若SPL1 = SPL2 则： SPL=10lg（2*10SPL1/10）= SPL1+10lg2SPL1+3d
39、B 由上式我们可得出一个重要结论：声压级加倍，总声压级只加 3dB 2、声压加倍的总声压 SPL=20lg2P1/Po=20lg2+ SPL1SPL1+6dB 由上式可得出一个重要结论：单个点声源声压加倍，总声压级只加 6dB 3、距离和声压级的关系 距离r与声压级的关系为：SPL= SPL1+10lg(r1/r2)2 若r2=2r1时 SPL= SPL1-20lg(1/2)2 SPL1-6 dB 由上式可得出一个重要结论：距离加倍，总声压级减少 6dB4.7 实效周波数带域 实效周波数带域又叫实效频宽或有效频宽，就是频率响应的有效范围，通常是从低音谐振 Fo到高音域的有效部分。按照日本工业标
40、准（JIS）规定，从Fo 到中频段，平均声压级向高频段延伸并下降10dB处的频率止，这个频率定义为扬声器的有效重放频率范围。通常简称重放频率范围。也有人把-10 dB 处水平线与频响曲线两个交点间的频率范围叫做有效频宽。即下图中的 40HZ16KHZ。但输入扬声器的信号频率低于它的谐振频率时，扬声器的输出声压以每倍程12dB 的速度下降，因此国际电工委员会（IEC）规定扬声器单元的谐振频率作为该扬声器的低频下限频率，而将扬声器单元频响曲线高频端的交点为该扬声器的高频上限。 它们之间的范围称为该扬声器单元有效频率范围。4.8 定格入力与最大入力 1 、定格入力亦称标准额定输入功率，就是指扬声器的
41、额定承受标准功率，是指扬声器能保证长时间连续工作而不产生明显失真的输入平均功率，又称额定功率。扬声器工作于额定功率时，音圈不会产生过热及机械振动过载现象，发出声音没有明显失真，在实际音乐信号中，峰值脉冲功率会超出额定功率很多倍（310倍） ，由于脉冲持续时间很短，不会损坏扬声器，但要得到好的音质，必须使这些峰值脉冲不出现失真，因此扬声器必须留有充分的功率余量。在畸变试验和连续负载试验中，都有依拟此项额定输入功率为基准来进行了。 2 、最大输入功率是指喇叭所能承受的最大功率，一个扬声器在某一瞬间所能承受的最大功率，一个扬声器在某一瞬间所能承受的峰值功率，称为最大功率或峰值功率。亦即突然输入时间极
42、短（一般为几个周波）的正弦波信号而不损坏扬声器的最大输入电功率。一般扬声器能承受的最大输入功率约为标称功率的1.54倍。 要获得好的音质，输入给扬声器的平均电功率应小于扬音器的标称功率。 物理公式：P=UI=U2/R=W/t 4.9 失真 亦称高调波歪率。从扬声器辐射出去的声音，理应只有所加信号的重现，但实际上辐射出来的声音中除基频信号声外， 还有其它频率的声音出现， 使声音听起来有异常的感觉， 这种现象叫失真。失真率一定要定量的音压输出作比较才能正确，但则以不超过 5%为准。失真率=多余成分/纯音100%。失真主要起因于驱动力（磁束分布不平的电流变形，输入超过额定输入功率） 、支持部分（弹波
43、与振动板的凸缘部分） 、振动板活塞运动与分割运动等三个重要原因。失真包括： 1非线性失真又包括谐波失真互调失真。 2瞬间失真。 谐波失真：一般由扬声器磁场不均匀及振动板系统的非线性畸变引起。通常在低频时产生，因 为低频时振幅大，音圈纸盆、弹波等容易产生非直线性畸变。在扬声器的磁回间隙内，不仅是只有铁片厚度对应处存在环形磁场，事实上在外部同样有磁场存在，只是磁力线没有发那么密而已，因此磁场不是匀强磁场，存在着不均匀性，故线圈在间隙内运动进，所感受的磁场不均匀，而会引起一定的失真。另外是右图，扬声器振动时，电动力 F可以分解成两个力，分力F1作用于母线垂直方向，故F1与 Ft 分别称为纵向力和横向
44、力，且与轴向的电动力具有相同的周期，F1 与Ft 作用于振动板，就使振动板产生两种振动，我们称为纵振动和横振动。横振动和振动，对于扬声器的高频辐射影响极大。因为高频时，振幅小，而横向振动的线度可与其振幅相比较，此时影响显然就极大了。下面主要的讨论纵向振动所引起的结果。振动板的边是固定在盆架上的，因此当功率足够大时，F1就足以使SX产生纵向弯曲，如图a，这种弯曲过程如图 b 所示，纸盆在 F1 的作用下，向右使母线向上弯曲，转入位置，当 F1 的作用力是向左时， （即在周期力的另半周时）母线被拉直，但由于惯性的原因，母线稍微越过平衡位置而转入位置，若在这时，F1 又对音圈发生向右的作用力时，母线
45、又会向下弯曲转入位置。 显然母线这种向上或向下的弯曲，只有在 F1 指向鼓纸基部，即向右时才会发生，也就是说音圈振动一周，这样的弯曲才发生一次，或者说母线完成从一侧弯到另一侧运动一次，音圈需要振动两周，故信号的频率是纵振动频率的两倍，这种现象称为参变谐振，由这种原因引起的失真称为谐波失真。当信号频率比纸盆表面的固有频率大一倍时，这种失真尤为严重。如果采用曲线形纸盆，则受纵向力的作用时，总是向原来弯曲的一侧弯曲，就不会引起分谐波失真 4.10 指向性 扬声器的声压频率特性是随方向而变化的，这种声压随方向变化的特性叫指向性。如果扬声器的声压无论在什么方向上大小都一样，我们就说这种扬声器是全指向性的
46、。指向性描述了扬声器声波辐射到空间各个方向去的能力，扬声器辐射指向性的出现，是辐射面不同部位所辐射的声波互相干涉的结果，振膜越大，频率越高，其指向性就越强。此外，扬声器的指向性还与振膜的形状、纸盆顶角的大小等因素有关。根据：f（C：声速，空气中340M/S；为声波的波长;f为声音频率）可知低频时,扬声器辐射面的线度,要比扬声器辐射的声波长小得多,扬声器可以看作一个点源,其辐射是无指向性的，但随着频率的增加，声波的波长越来越短，当波长与辐射面的线度可以比较或小于辐射面的线度时，扬声器的辐射将会出现明显的指向性。 表示扬声器辐射指向性的方法主要有三： 1、指向性频率响应。即在偏高参考值指定的范围内
47、的不同角度上所测得的频响曲线。 2、指向性圆形。即用转台在不同频率上测出以极坐标表示的指向特性圆形。 3、指向性额定覆盖角。即在某一频率范围内声音的响度在6 dB范围内时的水平，垂直覆盖角额定覆盖角。4.11 总磁通量与磁束密度1总磁通量亦称总磁束，是指扬声器磁气回路的间隙（Gap）中所在之有效总磁通量的总量，也是磁通密度乘以间隙（Gap）的表面积所得之值谓之为总磁通量。 （物理定义：磁通量指穿穿过某一面积的磁力线条数就叫做穿过这个面积所在的磁通量，磁通量常称为磁通，它的符号是） 。磁通量单位是马可斯威（Max Well）通常用磁通计（Flux Meter）加以测量。 2磁通密度亦称磁场束密度，是与磁通量方向垂直之单位面积所在的磁通量数，通常以（Gap） 为单位。 （高斯等于每平方公分有一磁通量） 。通常以高斯计Gauss Meter 加以测量。 （物理定义：磁通密度指穿过垂直于磁感应强度 B，故在匀强磁场中，垂直于磁感应强度面积 S 的磁通量=BS。如果平面不跟磁场劾向垂直，我们可以作出它在垂直于磁场方向上的投影平面。 ）在国际单位制中，磁通量的单位是韦帕，简称韦，国际符号是Wb。1韦=1特1米。从
