深入了解揚(yáng)聲器的規(guī)格與選擇技巧

揚(yáng)聲器是我們聽覺體驗(yàn)中不可或缺的組成部分，它將電信號轉(zhuǎn)換成我們感知到的充滿活力的聲音。揚(yáng)聲器普遍使用于各種會發(fā)出聲音的電子設(shè)備，是常見且不可或缺的產(chǎn)品。不過，看似簡單的揚(yáng)聲器，仍需要去了解一下?lián)P聲器如何運(yùn)作，以及其如何影響聲音產(chǎn)生的復(fù)雜性，必須深入研究其底層機(jī)制和關(guān)鍵元器件。本文將全面概述揚(yáng)聲器在音頻設(shè)計(jì)中的使用，包括其基本操作、關(guān)鍵規(guī)格、設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)、錐體和磁鐵類型等等，以及Same Sky所推出的揚(yáng)聲器產(chǎn)品特性。

揚(yáng)聲器的運(yùn)作原理與技術(shù)規(guī)格

揚(yáng)聲器的聲音產(chǎn)生涉及電磁和機(jī)械運(yùn)動之間的精確相互作用。它始于電信號，電信號是我們想要聽到的音頻的表現(xiàn)方式。該信號可以來自各種來源，例如智能手機(jī)、筆記本電腦或任何其他能夠產(chǎn)生音頻的設(shè)備。

在揚(yáng)聲器內(nèi)部，關(guān)鍵元器件開始發(fā)揮作用。核心元器件是音圈和永磁體。音圈由線制成，連接到柔性錐體或振膜。該音圈環(huán)繞著堅(jiān)固的永磁體，為聲音產(chǎn)生奠定了基礎(chǔ)。當(dāng)電信號流過揚(yáng)聲器的電線時(shí)，它會給音圈通電，啟動一系列受電磁控制的動作。這種電能在線圈周圍產(chǎn)生磁場，其極性與電信號的變化相一致。

揚(yáng)聲器操作的本質(zhì)在于這些磁場之間的相互作用，隨著磁場的波動，它們交替排斥和吸引，推動音圈及其連接的錐體快速振蕩。振蕩運(yùn)動與周圍的空氣分子相互作用，使它們與錐體的運(yùn)動同步振動。這些振動的空氣分子產(chǎn)生壓力波，通過空氣傳播，最終以聲音的形式到達(dá)我們的耳朵。

在介紹揚(yáng)聲器操作和結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)知識之前，我們需要先了解設(shè)計(jì)選擇揚(yáng)聲器時(shí)，需要考慮的各種關(guān)鍵規(guī)格和性能標(biāo)準(zhǔn)。

首先，聲壓級（SPL）的測量單位是分貝（dB），用于測量空氣中聲波的強(qiáng)度，即聲音的響度。聲壓級受聲源距離和環(huán)境條件等因素的影響。聲壓級也是評估各種環(huán)境中噪聲水平的重要參數(shù)，從工業(yè)環(huán)境到住宅區(qū)，為噪聲控制和調(diào)節(jié)提供了寶貴的信息。

最大輸入的測量單位是瓦（W），是可在極短時(shí)間內(nèi)使用而不會永久損壞揚(yáng)聲器的最大功率。標(biāo)稱輸入功率的測量單位也是瓦（W），是揚(yáng)聲器在長期使用期間可以安全處理的功率。

阻抗的測量單位是歐姆（Ohm），阻抗是放大器電流流動的阻力。較低的阻抗標(biāo)稱值代表著揚(yáng)聲器消耗的功率越大。將揚(yáng)聲器阻抗與放大器兼容的阻抗相匹配很重要，以確保最佳性能并防止設(shè)備受到潛在損壞。匹配阻抗還有助于實(shí)現(xiàn)有效的功率傳輸，并保持音頻再現(xiàn)的保真度。

共振頻率指的是揚(yáng)聲器振動最有效的頻率，其測量單位是赫茲（Hz），共振頻率規(guī)格提供了一種大致比較不同揚(yáng)聲器低頻響應(yīng)的方法。此外，頻率范圍由揚(yáng)聲器的尺寸決定，較小的揚(yáng)聲器在較高頻率下運(yùn)行最佳，而較大的揚(yáng)聲器在較低頻率范圍內(nèi)運(yùn)行更佳。低頻用于重低音，而中頻用于語音再現(xiàn)。

總Q值是指Theile-Small值，可作為確定理想箱體類型的廣泛參考。總Q值為0.4或更低表明揚(yáng)聲器最適合通風(fēng)箱體。如果總Q值介于0.4和0.7之間，則建議使用密封箱體。總Q值為0.7或更高表明揚(yáng)聲器適合自由空氣、半開放式或無限擋板設(shè)置。然而，這些準(zhǔn)則也有例外，評估所有相關(guān)參數(shù)非常重要。

揚(yáng)聲器尺寸、形狀、安裝與測試注意事項(xiàng)

一般來說，表面積較大的揚(yáng)聲器在相同驅(qū)動信號下會產(chǎn)生更大的聲級，并且低頻響應(yīng)也更好。使用DSP預(yù)失真可以大大增強(qiáng)小型揚(yáng)聲器的性能，這種技術(shù)通常用于手機(jī)和筆記本電腦設(shè)計(jì)中。通過設(shè)計(jì)揚(yáng)聲器背面的外殼，可以實(shí)現(xiàn)少量的性能增強(qiáng)。

揚(yáng)聲器錐體的形狀通常由可用的安裝空間決定，橢圓形揚(yáng)聲器錐體允許將更大的揚(yáng)聲器錐體表面積放入非方形空間。應(yīng)檢查揚(yáng)聲器的頻率響應(yīng)圖，以確定揚(yáng)聲器的尺寸或形狀是否對揚(yáng)聲器的預(yù)期性能產(chǎn)生不利影響。

至于連接配置，揚(yáng)聲器有多種選擇，具體取決于應(yīng)用需求，包括導(dǎo)線、通孔、焊盤等。此外，揚(yáng)聲器可以配備各種防護(hù)等級（IP），用于處理惡劣環(huán)境中的濕氣和污染物。另一方面，揚(yáng)聲器沒有使用壽命等級，因?yàn)樗鼈冊陬~定規(guī)格內(nèi)使用時(shí)可提供多年的可靠性能。

在使用上述關(guān)鍵規(guī)格選擇揚(yáng)聲器之后，可以進(jìn)行幾項(xiàng)額外的揚(yáng)聲器測量和測試，以確保揚(yáng)聲器正確集成到設(shè)計(jì)中并符合規(guī)格。

首先可以測試頻率響應(yīng)，這是音頻元器件再現(xiàn)可聽聲音范圍的視覺表現(xiàn)方式。步進(jìn)頻率掃描則類似于頻率響應(yīng)，但專門針對混疊頻率以獲得更全面的頻率響應(yīng)。

另一方面，測試電平與增益也相當(dāng)重要，電平是確定設(shè)備可以輸出多少能量的關(guān)鍵，增益是設(shè)備的輸出電平除以設(shè)備的輸入電平的測量值。此外，也需測量總諧波失真加噪聲（THD+N），諧波失真是音頻信號中不必要的新音調(diào)的添加。THD+N是一個(gè)方便且有說服力的單一數(shù)字性能，被廣泛理解和接受。

相位測量則用于描述從參考波形測量的周期波形，在一個(gè)周期中的正或負(fù)時(shí)間偏移。兩種最常見的測量是設(shè)備輸入／輸出相位和通道間相位（針對系統(tǒng)中的多個(gè)揚(yáng)聲器）。摩擦與嗡嗡聲則用于測試揚(yáng)聲器，可以檢測響應(yīng)低頻刺激而產(chǎn)生的高頻諧波產(chǎn)物的存在。

Thiele-Small值則用于捕獲被測揚(yáng)聲器的復(fù)數(shù)阻抗，并提供計(jì)算出的機(jī)電參數(shù)，這些參數(shù)定義揚(yáng)聲器驅(qū)動器的低頻性能。Thiele-Small結(jié)果（包括總Q值）準(zhǔn)確描述了揚(yáng)聲器和外殼之間的相互作用，對揚(yáng)聲器系統(tǒng)設(shè)計(jì)和生產(chǎn)測試都至關(guān)重要。揚(yáng)聲器阻抗是揚(yáng)聲器對交流（AC）信號（例如來自放大器的音頻）流動的阻力的量度。它以歐姆為單位，表示揚(yáng)聲器對電信號的阻力。

頻率響應(yīng)曲線對于揚(yáng)聲器相當(dāng)重要，“響應(yīng)”一詞表示揚(yáng)聲器重現(xiàn)輸入頻率的能力。繪制這些數(shù)據(jù)時(shí)，它會形成一個(gè)頻率響應(yīng)圖，以直觀的方式表示揚(yáng)聲器產(chǎn)生的振幅與頻率的關(guān)系。縱軸標(biāo)記為聲音的級別，單位為分貝（dB），橫軸標(biāo)記為頻率，單位為赫茲（Hz）。

選擇理想的揚(yáng)聲器錐體與磁鐵材料

揚(yáng)聲器錐體所用的材料類型以及其他因素都會影響音質(zhì)。通過聆聽和實(shí)驗(yàn)來評估這一點(diǎn)比僅僅依靠數(shù)字和數(shù)據(jù)更為準(zhǔn)確。常見錐體材料的耐用性也是需要考慮的重要因素。通常，塑料最耐用，其次是紙和布，然后是發(fā)泡材料。然而，揚(yáng)聲器的實(shí)際壽命取決于濕度、環(huán)境和應(yīng)用細(xì)節(jié)等因素。

用塑料制成的揚(yáng)聲器錐體因其耐用性，以及對灰塵和水等環(huán)境因素的抵抗力而廣受歡迎。它們還易于制造且具有精確的公差，從而在減少失真和音質(zhì)方面具有更好的性能。塑料振膜可快速吸收和消散機(jī)械能，表現(xiàn)出類似于傳統(tǒng)紙錐的良好阻尼特性。雖然通常被稱為塑料，但這些材料包含各種復(fù)合材料，成本因厚度、壓制技術(shù)、尺寸和耐溫性等因素而異。

紙和布錐體以出色的音質(zhì)和自阻尼而聞名，但可能會受到濕度的影響。它們由各種木纖維和棉花和羊毛等添加劑制成，混合以達(dá)到特定的聲音特性。這種混合物增強(qiáng)了強(qiáng)度并彌補(bǔ)了弱點(diǎn)，從而產(chǎn)生了不同的聲音。由于重量輕，它們主要用于大型揚(yáng)聲器。

發(fā)泡材料很少用作振膜的唯一材料，通常與金屬、塑料或紙等其他材料混合使用。在復(fù)合振膜中，發(fā)泡材料被加入夾層中。其主要功能是增強(qiáng)內(nèi)部損耗，這是揚(yáng)聲器的關(guān)鍵物理特性。

高內(nèi)部損耗有助于最大限度地減少原材料固有的聲音特性。例如，金屬振膜的內(nèi)部損耗較低，容易產(chǎn)生金屬聲。相反，紙錐具有更高的內(nèi)部損耗，從而產(chǎn)生更自然的聲音，原材料音色的影響最小。

揚(yáng)聲器整體結(jié)構(gòu)和性能的另一個(gè)關(guān)鍵組成部分是磁鐵類型。首先，鐵氧體磁鐵，也稱為陶瓷磁鐵，是一種低成本磁鐵，可以很好地保持其磁強(qiáng)度。它們很重，通常不用于需要便攜性的應(yīng)用。裝有鐵氧體磁鐵的揚(yáng)聲器在接近最大處理能力時(shí)音質(zhì)會更好。鐵氧體磁鐵還非常適合潮濕環(huán)境下的應(yīng)用，因?yàn)樗鼈兙哂刑烊坏哪透g性。

鋁鎳鈷（AlNiCo）磁鐵是揚(yáng)聲器中使用的第一種磁鐵，它有助于使揚(yáng)聲器產(chǎn)生平滑的經(jīng)典音調(diào)。采用鋁鎳鈷磁鐵的揚(yáng)聲器比基于鐵氧體的揚(yáng)聲器更昂貴，但它們不易破裂。這些磁鐵在當(dāng)今肯定不如釹磁鐵（NdFeB）常見，但它們?nèi)钥捎糜谛枰_調(diào)諧的高端應(yīng)用。

釹磁鐵也稱為稀土磁鐵，可提供已知的所有永磁體中最高的磁場強(qiáng)度。用釹磁鐵制成的揚(yáng)聲器具有良好的頻率響應(yīng)，重量輕，并且比采用鐵氧體或鋁鎳鈷磁鐵的揚(yáng)聲器小得多。這使它們成為需要輸出高聲壓級的小型揚(yáng)聲器的理想磁鐵，釹磁鐵的主要缺點(diǎn)是它們更容易破碎。

釤鈷（SmCo）磁鐵由于成本較高，因此使用頻率低于其他類型的磁鐵。它們的主要優(yōu)勢是耐腐蝕，并且在極端溫度變化時(shí)輸出穩(wěn)定，非常適合惡劣環(huán)境。它們?nèi)菀灼扑椋瑥?qiáng)度不如釹磁鐵。然而，成本仍然是它們最大的缺點(diǎn)。

多種規(guī)格的完整揚(yáng)聲器系列產(chǎn)品

Same Sky的揚(yáng)聲器產(chǎn)品可提供具有10毫米至205毫米的框架尺寸和72至135分貝的聲壓級，可提供滿足客戶聲音要求的質(zhì)量和便利性。Same Sky的揚(yáng)聲器選擇包括各種框架形狀、磁鐵類型和安裝方式，可快速配合客戶的設(shè)計(jì)。Same Sky還可以透過一些機(jī)械和電氣修改來客制化適合客戶的揚(yáng)聲器。

Same Sky推出的揚(yáng)聲器類型包括微型揚(yáng)聲器與標(biāo)準(zhǔn)揚(yáng)聲器。為了順應(yīng)小型化趨勢，Same Sky提供了一系列微型揚(yáng)聲器，其緊湊封裝尺寸小至10毫米，深度低至2毫米。Same Sky的微型揚(yáng)聲器的聲壓級為72至135 dB，阻抗額定值為4、6、8、16、20、25、32或50歐姆，諧振頻率高達(dá)1700 Hz。

作為業(yè)界的主力，Same Sky的標(biāo)準(zhǔn)揚(yáng)聲器專為高功率輸出和可靠的性能而設(shè)計(jì)，封裝尺寸范圍為41至205毫米。Same Sky的標(biāo)準(zhǔn)揚(yáng)聲器具有78至107 dB的聲壓級、50至3000 Hz的諧振頻率，以及4、6、8、16或32歐姆的額定阻抗。

Same Sky提供各種錐體類型、磁鐵類型、框架形狀和安裝方式，可讓客戶輕松找到適合設(shè)計(jì)需求的揚(yáng)聲器。另提供多種高音揚(yáng)聲器型號，以及專為滿足IEC 60601-1-8監(jiān)管標(biāo)準(zhǔn)，可配合醫(yī)療警報(bào)訊號要求而設(shè)計(jì)的醫(yī)用揚(yáng)聲器。Same Sky還提供音頻設(shè)計(jì)服務(wù)，可幫助工程師進(jìn)行關(guān)鍵的揚(yáng)聲器測量和測試。

結(jié)語

了解揚(yáng)聲器的機(jī)制可以讓工程師打造身臨其境的聽覺體驗(yàn)，本文中介紹了多種元器件和規(guī)格，可以協(xié)助客戶選擇合適的揚(yáng)聲器。然而，即使對關(guān)鍵揚(yáng)聲器參數(shù)有了更深入的了解，還需要搭配在最終設(shè)計(jì)中對所選揚(yáng)聲器的正確測試和測量。Same Sky推出的全系列微型揚(yáng)聲器和標(biāo)準(zhǔn)揚(yáng)聲器可滿足客戶多樣性的需求，同時(shí)Same Sky的音頻設(shè)計(jì)服務(wù)也可以為客戶提供額外的幫助！