譚華，胡廣

（湖南理工學(xué)院 機(jī)械工程學(xué)院，湖南 岳陽 414006）

目前百分之九十以上的錐盆單體喇叭都是動(dòng)圈式的設(shè)計(jì)，其基本原理是來自佛萊明左手定律，把一條有電流的導(dǎo)線與磁力線垂直的放進(jìn)磁鐵南北極間，導(dǎo)線就會(huì)受磁力線與電流兩者的互相作用而移動(dòng)，再把一片振膜依附在這根導(dǎo)線上，隨著電流變化振膜就產(chǎn)生前后的運(yùn)動(dòng)，從而推動(dòng)空氣有頻率的振動(dòng)[1]。依現(xiàn)有的技術(shù)生產(chǎn)的喇叭效率基本都不超過10%，其余的能量大部份轉(zhuǎn)換成熱能和動(dòng)能了，為解決以上問題，本文主要針對喇叭的共振及其如何預(yù)防進(jìn)行研究，減少因振動(dòng)而損耗的能量，從而獲得更多的聲能，提高喇叭的效率。振頻率兩方面入手，要解決共振問題就不能只單單靠改變喇叭的結(jié)構(gòu)和材質(zhì)[3]。下面是揚(yáng)聲器振動(dòng)的原理如圖1所示。

圖1 喇叭的磁場Fig．1 Magnetic field of speaker

1 揚(yáng)聲器共振原理

共振是物理學(xué)上一個(gè)運(yùn)用頻率非常高的專業(yè)術(shù)語，其定義是兩個(gè)振動(dòng)頻率相同的物體，當(dāng)一個(gè)發(fā)生振動(dòng)時(shí)，引起另一個(gè)物體振動(dòng)的現(xiàn)象。共振在聲學(xué)中亦稱為”共鳴”，它是指物體因共振而發(fā)聲的現(xiàn)象，例如當(dāng)兩個(gè)頻率相同的音叉靠近，其中一個(gè)振動(dòng)發(fā)聲時(shí)，另一個(gè)也會(huì)發(fā)聲。在電學(xué)中，振動(dòng)電路的共振現(xiàn)象稱為“諧振”[2]。

1）產(chǎn)生共振的條件主要有：a．兩個(gè)或兩個(gè)以上的物體；b．物體的固有頻率相近。共振不僅在物理學(xué)上運(yùn)用頻率非常高，而且也是自然界的一種普遍現(xiàn)象，本文研究的主要目的就是怎樣將危害降低到最小。如果要解決共振問題需從電流和共

①奧斯特定律：通電導(dǎo)體在磁場會(huì)產(chǎn)生力。這個(gè)力F的大小和方向會(huì)隨著電流I的大小和方向變化而變化，使振膜振動(dòng)而產(chǎn)生聲波[4]；

②驅(qū)動(dòng)力F=BLI

F：驅(qū)動(dòng)力；

B：磁場強(qiáng)度；

L：被磁場包覆內(nèi)的線圈長度；

I：線圈內(nèi)的電流。

2）與揚(yáng)聲器振動(dòng)有關(guān)的特性：

①最低共振頻率：

MO：振動(dòng)系的重量，包括鼓紙（振膜）、音圈、彈波的附加、防塵蓋和膠；

K：振動(dòng)系的彈性系數(shù)，包括鼓紙（含鼓紙的邊緣Edge）和彈波。

②音壓：

直觀來講就是聲音的大小，聲音越大振幅也就越大[5]。

2 提高效率減少振動(dòng)

揚(yáng)聲器又名Transducer，通常所說的喇叭功率為2 w指的是喇叭能承受的功率為2 w，再將電信號(hào)轉(zhuǎn)變成聲音。效率=聲能/電能，一般喇叭的利用效率還不到2%，即2 w的喇叭發(fā)出的聲音只有0．04 w。

1）當(dāng)電信號(hào)的能量經(jīng)過喇叭后被分為3部分[6]：

①音圈純電阻產(chǎn)生的熱能：Q=I2R；

③聲能。

因此，要盡可能的降低熱能和機(jī)械動(dòng)能，使降低的這部分能量發(fā)生轉(zhuǎn)移，從而提高聲能。

o 1．18 C=345；

Revc：直流阻抗；

Mms：振動(dòng)部分的質(zhì)量；

Sd：振動(dòng)的面積；

B：磁場強(qiáng)度；

L：線圈的長度。

由上式可知，要想提高揚(yáng)聲器的聲能可以從以下4方面考慮：

①降低阻抗；

②減輕質(zhì)量，將銅線變成鋁絲；

③增加振動(dòng)的面積；

④增加磁場強(qiáng)度。

2）喇叭線圈本質(zhì)上就是一個(gè)電感，當(dāng)串聯(lián)喇叭時(shí)電路中就會(huì)產(chǎn)生諧振如圖2所示。

圖2 電路的諧振Fig．2 Resonance of circuit

即XL=XC＞＞R時(shí)電流非常大，此時(shí)如果fo=f（電路的諧振頻率）時(shí)就會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的共振，使得大部份的能量轉(zhuǎn)變成動(dòng)能，大大降低了效率，因此在設(shè)計(jì)時(shí)，串聯(lián)的線圈應(yīng)嚴(yán)格控制感應(yīng)電流產(chǎn)生的反向磁場干擾磁鐵的磁場，從而避免電路的諧振頻率盡可能的接近或等于喇叭的最低共振頻率。

3 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證共振降低喇叭效率

為了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)真實(shí)、可靠，實(shí)驗(yàn)總共選取了10個(gè)同樣規(guī)格和型號(hào)的喇叭，包括鼓紙、音圈、框體、電流等參數(shù)均相同，實(shí)驗(yàn)是通過改變輸入諧振頻率來調(diào)節(jié)振動(dòng)頻率和輸出聲能；如圖3是10組實(shí)驗(yàn)對比測試數(shù)據(jù)，整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程是在安靜的測音室中完成：

圖3 不同輸入法諧振頻率對聲能影響Fig．3 Influence of differententer resonance frequency

從圖3可以看出：當(dāng)輸入諧振頻率為4 kHz左右的時(shí)候，鼓紙振幅最大，即喇叭的動(dòng)能最大，定義該頻率為喇叭的共振頻率，此時(shí)輸出的聲能卻是最小。綜上所述，輸入頻率應(yīng)避開共振頻率，盡可能降低喇叭的動(dòng)能，從而提高喇叭的效率。

4 從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上預(yù)防共振的建議

1）各零部件安裝必須是緊密的；

2）設(shè)計(jì)喇叭：音箱安裝位置盡量不靠近于松動(dòng)類零件，如：按鈕等；

3）安裝喇叭：音箱背后的結(jié)構(gòu)應(yīng)盡量簡單，也就是說零部件盡可能的少；

4）安裝喇叭：音箱振膜面的面板透氣孔應(yīng)盡量大（透氣孔面積是鼓紙面積的70%以內(nèi)是不影響特性的）。

5 結(jié) 論

文中研究了喇叭的共振以及如何預(yù)防和減少振動(dòng)，從而從根本上提高了喇叭的效率，具有很強(qiáng)的實(shí)用性和推廣價(jià)值，特別是在現(xiàn)今生產(chǎn)和制造喇叭的工廠，可以大大降低成本，提高其質(zhì)量。

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