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一般锥形扬声器所有效频率范围,约自60-70Hz(复合边扬声器可以更低)至6000-7000Hz,其频响曲线也有较大的不均匀度(约12-15dB).为展宽扬声器的重放频带,减小不均匀度,改善其非线性失真,可以采用某些使扬声器构造复杂化或改善扬声器声学装置的方法,来改善扬声器的性能.
1.
低频辐射的改善
由于复合边扬声器的出现,使扬声器的谐振频率大为降低,低频响应得以改善.但是,由于扬声器振膜两面所辐射的声波相位相反,从面造成反相波的互相抵消,影响低频的重放.为了避免这种互相抵消的现象,或有效地利用扬声器背面的辐射,来改善扬声器的低频性能,常常采用障板或音箱.音箱可以是开口箱,封闭箱或倒相箱.
2.
高频辐射的改善
为了使扬声器单元的工作频带向高频扩展,经常采用双纸盆结构,有两个纸盆组成,且牢固地和音圈及定心支片连在一起,内纸盆顶角小,具有较大的劲度.在内外两只纸盆之间,设计了一个小小的波纹,作为机械滤波器,这种扬声器的工作情况可以通过对等效线路的分析来加以说明.
在上低频阶段,两个纸盆和音圈一起振动,共同向周围介质辐射声波.在高频时,大纸盆已经不再振动了,但轻而硬的小纸盆仍和音圈一起振动,直至10KHz以上还能有效地辐射声波.
双纸盆扬声器可以有一定程上展宽工作频带,但由于大小纸盆都连在同一个音圈上,因而互调失真难以避免.在音质要求较高的放声系统中,多不采用这时种结构,而是采用不同扬声器的组合,以展宽工作频带,同时改善互调失真.
3. 音圈感抗的补偿
在高频范围,扬声器的电阻抗随频率地增加而单调的上升.在扬声器定压输入的情况下,必将扬声器所消耗的电功率减少,其结果将导致扬声器辐射声功率的降低,影响高频的重放.如果在磁路系统的中央心柱上,套上一个短路的金属环(或直接在音圈架上绕上一短路线圈)就可明显地消除音圈感抗的影响,改善高频的辐射.所谓短路环,实际上是套在中央心柱上的一个簿铜套,其厚度约为0.3mm.
4.
非线性失真的改善
前已指出,扬声器在低频时的非线性失真,主要是音圈振幅大时,音圈跳出了气隙中磁场的均匀区,以致机电转换系数Bl不能保持恒定,电动力效应F=Bli的线性关系受到破坏,从而造成非线性失真.
改善由于这种原因所引起的失真,一般采用两种方法,一是采用短音圈,一是采用长音圈.所谓短音圈,即是音圈的长度做得比气隙的长度(导磁板的厚度),使音圈在振动过程中不致于跳出磁场的均匀区,从而避免了非线性失真.但这种方法,磁场的利用率低,为达到一定的灵魂度势必增加磁钢的体积.而所谓长音圈,则指的是音圈的长度,做得比气隙长度长,使音圈在振动过程中与所有的磁通相耦合(包括均匀区和非均匀区),从而使平均磁感应密度保持恒定,以避免非线性失真.但采用这种方法,平均磁感应密度要比均匀区的磁感应密度低,从而使扬声器的灵敏度下降.然而,有时为了获得低失真的扬声器,不得不牺牲扬声器的灵魂度而采用这种方法.
前已指出,扬声器在中高频段的失真,主要是磁路(铁心)的非线性所致,为了消除铁心所引起的非线性失真,目前采用一种叫做"线性磁路"的结构.这种磁路结构的特点,是在铁心的顶部中央做成凹陷的形状,使其和导磁板相对的部分由于铁心截面积的减小而接近磁饱和状态.此时,音圈就相当于一个空心线圈,从而避免了铁心的影响,减小非线性失真.
若在凹陷部分镀上一层铜或加上铜套,则就相当于加了一个短路环,还可以抑制音圈感抗随频率的增加.
5. 中频谷的改善
在讨论扬声器频响曲线的时候,我们仅仅讨论了扬声器振膜(纸盆)作整体振动的频率 围.在这个范围内,振膜上各点的振动幅度和相位都是相同的.但随着频率的增加,振膜将作分割振动,出现节径或节圆.激光全息振动分析表明,娄振膜从整体振动向分割振动过渡时,即当振膜形成第一人节圆时,叔叔响曲线将出现较深的谷,能常称为中频谷.这个谷的出现,不仅使扬声器的不均匀度增大,而且在此频率点将出现较大的失真.因此,消除中频谷常常成为扬声器研制单位十分重视的问题.
如前所述,音圈受力后,将在振膜上激发出纵振动和横振动.其中横振动由振膜的顶部传向基部,再由盆架反射回来,从而在纸盆上形成驻波.第一个节圆常常出现在振膜靠近折环的部位,此时折环的振幅较大,而振动相位却与振膜相反.因此,由振膜和折环所辐射的反相声波将互相抵消,频响出现谷点.至于抵消的程度,亦即谷点的深度,则决定于反相振动区哉的面积大小和振动幅度的大小,即容积速度的大小.容积速度越接近,互相抵消得越严重,中频谷也就越深.反之则浅.
基于此理,我们可以得到改善中频谷的一系列方法.
(1)
合理地设计折环形状,须用不易激发共振的不对称形状,如将通常所采用的正弦波纹改为接近锯齿波的波纹.
(2)
采用阻尼较大的折环材料,或在折环上涂覆阻尼材料,以扼制折环共振的幅度.
(3)
纸盆的压边采用阻尼较大的材料,以减小由盆架反射的能量,从而有利于中频谷的改善.
(4)
在保证支撑系统力顺的情况下,适当减小折环的宽度(即减小折环的面积)以减小由折环辐射的声波,从而有利于中频谷的改善.
